WO2023276812A1 - 組成物の製造方法及び非水電解液 - Google Patents

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WO2023276812A1
WO2023276812A1 PCT/JP2022/024862 JP2022024862W WO2023276812A1 WO 2023276812 A1 WO2023276812 A1 WO 2023276812A1 JP 2022024862 W JP2022024862 W JP 2022024862W WO 2023276812 A1 WO2023276812 A1 WO 2023276812A1
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acid
electrolyte
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solution
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貴之 小畠
知恵 大久保
遼 渡部
元博 荒川
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株式会社日本触媒
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Definitions

  • the present disclosure relates to a composition manufacturing method and a non-aqueous electrolyte.
  • Patent Literature 1 proposes a method for producing a non-aqueous electrolyte having a low water content. This method comprises combining an acid containing an anion of an alkali metal salt (e.g., bis(fluorosulfonyl)imide (HFSI)), an alkali metal base (e.g., lithium carbonate), and a non-aqueous solvent with a non-aqueous solvent, water, and an acid.
  • an alkali metal salt e.g., bis(fluorosulfonyl)imide (HFSI)
  • an alkali metal base e.g., lithium carbonate
  • step (a) mixing under conditions sufficient to produce a solution mixture comprising the alkali metal salt produced from the reaction of the alkali metal salt with an alkali metal base; and (b) generating a liquid. Moreover, in this method, a non-aqueous solvent is added to the generated non-aqueous electrolytic solution, and step (b) is repeated.
  • step (b) the thermal stability of the solution mixture obtained in step (a) is not sufficient. It is necessary to perform step (b) at Therefore, in this method, the step (b) must be repeated many times in order to sufficiently reduce the water content of the non-aqueous electrolyte, and the efficiency of dehydration and replacement with a non-aqueous solvent is insufficient. there were.
  • the present disclosure has been made in view of such points, and the object thereof is to provide a method for producing a composition that is highly efficient in dehydration and substitution with a non-aqueous solvent, and a non-aqueous electrolyte solution containing the composition. to provide.
  • the present applicant discloses an electrolyte composition containing a sulfonylimide compound and an amidosulfuric acid component in International Publication No. 2020/241161 (application specification of PCT/JP2020/18124).
  • the applicant also discloses a composition comprising an electrolyte, a solvent and an anion component in application specification PCT/JP2021/004071.
  • the electrolyte contains a sulfonylimide salt (sulfonylimide compound), and the anion component is an acid having an acid dissociation constant pKa (acid dissociation constant pKa1 of the first stage for an acid that ionizes multiple times) of 0 or more and 6.5 or less.
  • the component is contained at a concentration of 50 ppm by mass or more and 10000 ppm by mass or less with respect to the electrolyte.
  • the composition containing the sulfonylimide compound has excellent storage stability even at high temperatures (the property that the decomposition reaction of the sulfonylimide compound is suppressed even when stored for a long period of time).
  • the disclosed technique utilizes the above-described effect produced by the addition of an anion component and adds an anion component to a solution containing a sulfonylimide compound to improve the thermal stability of the solution.
  • An operation of dehydration and replacement with a non-aqueous solvent was performed.
  • the present disclosure is specifically as follows.
  • a method for producing a composition of the present disclosure is a method for producing a composition containing an electrolyte, a non-aqueous solvent and an anion component
  • the electrolyte has the general formula (1): LiN(XSO 2 )(FSO 2 ) (X represents a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms.) (1) including a sulfonylimide compound represented by The anion component has an acid dissociation constant pKa of its conjugate acid (acid dissociation constant pKa1 of the first stage for an acid that ionizes multiple times) of 0 or more and 6.5 or less, and a concentration of 10000 mass ppm or less with respect to the electrolyte. is contained in A dehydration step of adding the anion component to a solution containing the electrolyte and the non-aqueous solvent, dehydrating the solution, and substituting the solvent.
  • the anion component in the manufacturing method, in the dehydration step, may be contained at a concentration of 4000 ppm by mass or more relative to the electrolyte. Moreover, the dehydration step may include a step of adding the anion component to the electrolyte at a concentration of 1000 ppm by mass or more.
  • the anion component may be at least one selected from the group consisting of an amidosulfuric acid component, an acetic acid (carboxylic acid) component, a carbonic acid component and a phosphoric acid component.
  • the anion component is at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid component, a sulfinic acid component, a carboxylic acid component, a carbonic acid component, a phosphoric acid component, a phosphonic acid component, derivatives thereof, and salts thereof.
  • the anion component contains at least one selected from the group consisting of amidosulfuric acid and salts thereof, amidosulfuric acid derivatives and salts thereof, and the amidosulfuric acid derivatives and salts thereof have the general formula (2):
  • R 1 and R 2 are H (hydrogen atom), a hydroxyl group, an optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cyclo represents an alkyl group, an aryl group having 6 to 16 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms or an alkanoyl group having 2 to 16 carbon atoms, which may contain a hetero atom, and R 1 and R 2 form a ring structure;
  • R 1 and R 2 are the above groups other than H, they may be the same or different (R 1 and R 2 are not the same when H (R 1 and R 2 is not H at the same time)).
  • M represents H (hydrogen atom) or metal atom.) It may be a compound represented by.
  • the anion component may contain at least one selected from the group consisting of amidosulfuric acid and alkali metal salts of amidosulfuric acid.
  • the anion component may contain an alkali metal amide sulfate.
  • the non-aqueous solvent may contain a chain carbonate solvent.
  • the moisture content of the composition may be 10000 ppm by mass or less.
  • the non-aqueous electrolyte of the present disclosure includes the composition obtained by the production method described above.
  • the method for producing the composition according to this embodiment includes at least a preparation step and a dehydration step. Through these steps, a composition containing an electrolyte, a non-aqueous solvent and an anion component, which will be described later, is obtained.
  • a preparation step is a step of preparing a solution containing an electrolyte and water and/or a non-aqueous solvent. That is, in the preparation step, an aqueous electrolyte solution containing an electrolyte and water may be prepared, an electrolyte solution containing an electrolyte and a non-aqueous solvent may be prepared, or a hydrous electrolyte containing an electrolyte, water and a non-aqueous solvent may be prepared.
  • a solution may be prepared.
  • the electrolyte aqueous solution, the electrolyte solution, and the water-containing electrolyte solution are collectively referred to as "water-containing sulfonylimide solution".
  • the method for producing a composition according to the present embodiment is a method premised on using a hydrous sulfonylimide solution.
  • the electrolyte has the general formula (1): [Chemical 2] LiN( XSO2 )( FSO2 ) (1) (hereinafter referred to as "sulfonylimide compound (1)", fluorine-containing sulfonylimide salt).
  • the sulfonylimide compound (1) is an electrolyte contained in the composition obtained by the production method according to this embodiment.
  • X represents a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, pentyl group and hexyl group.
  • alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms linear or branched alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms are preferred, and linear alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms are more preferred.
  • fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms examples include those in which some or all of the hydrogen atoms of an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms are substituted with fluorine atoms.
  • the fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms includes fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, fluoroethyl group, difluoroethyl group, trifluoroethyl group, pentafluoroethyl group and the like.
  • the fluoroalkyl group may be a perfluoroalkyl group.
  • the substituent X is preferably a fluorine atom and a perfluoroalkyl group (for example, a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl group, etc.), a fluorine atom, A trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group are more preferred, a fluorine atom and a trifluoromethyl group are even more preferred, and a fluorine atom is even more preferred.
  • a perfluoroalkyl group for example, a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl group, etc.
  • the sulfonylimide compound (1) include lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiN(FSO 2 ) 2 , LiFSI), lithium (fluorosulfonyl)(methylsulfonyl)imide, lithium (fluorosulfonyl)(ethylsulfonyl) imide, lithium(fluorosulfonyl)(trifluoromethylsulfonyl)imide, lithium(fluorosulfonyl)(pentafluoroethylsulfonyl)imide, lithium(fluorosulfonyl)(heptafluoropropylsulfonyl)imide and the like.
  • the sulfonylimide compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • lithium bis(fluorosulfonyl)imide lithium bis(fluorosulfonyl)imide, lithium (fluorosulfonyl)(trifluoromethylsulfonyl)imide, and lithium (fluorosulfonyl)(pentafluoroethylsulfonyl) ) imide, more preferably lithium bis(fluorosulfonyl)imide.
  • lithium bis(fluorosulfonyl)imide lithium (fluorosulfonyl)(trifluoromethylsulfonyl)imide
  • lithium (fluorosulfonyl)(pentafluoroethylsulfonyl) ) imide more preferably lithium bis(fluorosulfonyl)imide.
  • hydrous sulfonylimide solutions those in which the sulfonylimide compound (1) contains LiN(FSO 2 ) 2 are preferred.
  • sulfonylimide compound (1) a commercially available product may be used, or one synthesized by a conventionally known method may be used.
  • a method for synthesizing the sulfonylimide compound (1) is not particularly limited, and all conventionally known methods can be employed.
  • a powder (solid) of the sulfonylimide compound (1) is obtained by the conventionally known method described above.
  • the sulfonylimide compound (1) can be used in the production solvent used for the production of the sulfonylimide compound (1) (the sulfonylimide compound (1) obtained by the above-described conventionally known production method) within the range that does not hinder the object of the present invention. contained residual solvent).
  • the residual solvent includes the solvent used in the production reaction of the sulfonylimide compound (1), the solvent used in the purification step, and the like.
  • water For example, water; alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol and butanol; carboxylic acid solvents such as formic acid and acetic acid; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and diisobutyl ketone; Nitrile solvents such as nitrile and benzonitrile; Ester solvents such as ethyl acetate, isopropyl acetate and butyl acetate; Aliphatic ether solvents such as diethyl ether, diisopropyl ether, t-butyl methyl ether and cyclopentyl methyl ether; Halogen-based solvents; nitro group-containing solvents such as nitromethane and nitrobenzene; nitrogen-containing organic solvents such as ethylformamide and N-methylpyrrolidone; dimethyl sulfoxide; glyme-based solvents, tolu
  • aromatic hydrocarbon solvents pentane, hexane, heptane, octane, decane, dodecane, undecane, tridecane, decalin, 2,2,4,6,6-pentamethylheptane, isoparaffin (e.g., "Marcazol R” (Maruzen 2,2,4,6,6-pentamethylheptane manufactured by Petrochemical Co., Ltd., a mixture of 2,2,4,4,6-pentamethylheptane), "Isopar (registered trademark) G” (manufactured by ExxonMobil C9-C11 mixed isoparaffins), “Isopar (registered trademark) E” (C8-C10 mixed isoparaffins manufactured by ExxonMobil) Chain aliphatic hydrocarbon solvents such as dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane; cyclohexane, methylcyclohexane , 1,2-di
  • the content of the sulfonylimide compound (1) in the hydrous sulfonylimide solution is preferably 10% by mass or more, from the viewpoint of sufficiently reducing the water content of the composition. More preferably 20% by mass or more, still more preferably 30% by mass or more.
  • the content is preferably 40% by mass or more, more preferably 45% by mass or more, still more preferably 50% by mass or more, and even more preferably 60% by mass or more.
  • the upper limit of the content is preferably 80% by mass or less from the viewpoint of sufficiently reducing the moisture content of the composition.
  • the dehydration efficiency means the efficiency of dehydrating the hydrous sulfonylimide solution and substituting it with a non-aqueous solvent in the dehydration step described later, specifically by the method described in the examples below. It means the dehydration efficiency based on the obtained numerical value.
  • Non-aqueous solvent The non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it can dissolve and disperse the electrolyte (hereinafter also referred to as "electrolyte solvent").
  • electrolyte solvent a non-aqueous solvent having a large dielectric constant, a high solubility of the electrolyte salt, a boiling point of 60° C. or higher at normal pressure, and a wide electrochemical stability range is suitable. More preferably, it is an organic solvent with a low water content.
  • organic solvents examples include ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 2,6-dimethyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, crown ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, Ether solvents such as 1,4-dioxane and 1,3-dioxolane; Chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), ethylmethyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), diphenyl carbonate, and methylphenyl carbonate ) solvent; saturated cyclic carbonate solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, 2,3-dimethylethylene carbonate, 1,2-butylene carbonate and erythritan carbonate; vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, 2- cyclic carbonate solvents having uns
  • non-aqueous solvents chain carbonate solvents, carbonate solvents such as cyclic carbonate solvents, lactone solvents, ether solvents and chain ester solvents are preferred, and dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate.
  • ethylene carbonate, propylene carbonate, ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone are more preferable, and carbonate solvents such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate and propylene carbonate are more preferable, and dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, Chain carbonate-based solvents such as diethyl carbonate are even more preferred.
  • the non-aqueous solvent preferably contains a carbonate solvent, more preferably a chain carbonate solvent, and even more preferably a chain carbonate solvent alone.
  • the hydrous sulfonylimide solution may or may not contain an anion component, which will be described later.
  • the content of the anion component is preferably 10000 ppm by mass or less, more preferably 7500 ppm by mass or less, and even more preferably 5500 ppm by mass or less relative to the electrolyte. It is preferably 4500 mass ppm or less, more preferably 4000 mass ppm or less, and particularly preferably 4000 mass ppm or less.
  • the method of preparing the hydrous sulfonylimide solution is not particularly limited, and a method of dissolving the powder (solid) of the sulfonylimide compound (1) in water and/or a non-aqueous solvent; water and/or a non-aqueous solvent, LiOH or A method of mixing and reacting a lithium salt such as Li 2 CO 3 and HFSI [bis(fluorosulfonyl)imide] may be mentioned. Examples of the lithiation reaction of HFSI include methods described in International Publication No. 2014-035464.
  • ⁇ Dehydration process> In the dehydration step, a non-aqueous solvent was added to the hydrous sulfonylimide solution obtained in the preparation step, and the water contained in the hydrous sulfonylimide solution and the added non-aqueous solvent were azeotropically removed for dehydration and addition. This is the step of substituting with a non-aqueous solvent.
  • the term "water contained in the water-containing sulfonylimide solution” refers to the water used in the preparation step as well as the water contained in raw materials such as the sulfonylimide compound (1) and the non-aqueous solvent.
  • the method for producing the composition according to the present embodiment is characterized in that an anion component is further added to the hydrous sulfonylimide solution together with the non-aqueous solvent before the operation of dehydration and replacement with the non-aqueous solvent.
  • the solution for performing the operation of dehydration and substitution with a non-aqueous solvent contains, in addition to the sulfonylimide compound (1), water and a non-aqueous solvent, an anion component contains
  • an anion component contains, when the hydrous sulfonylimide solution obtained in the preparation step is an electrolyte solution containing a non-aqueous solvent or a hydrous electrolyte solution (other than an aqueous electrolyte solution), when an anion component is added to these electrolyte solutions or hydrous electrolyte solutions, the non-aqueous No solvent may be added.
  • a solution obtained by adding only an anion component to an electrolyte solution or a hydrous electrolyte solution may be used as the hydrous sulfonylimide solution for dehydration.
  • the hydrous sulfonylimide solution for dehydration prepared as described above contains an anion component and is therefore excellent in thermal stability. As a result, even if the hydrous sulfonylimide solution for dehydration is dehydrated at a relatively high temperature and replaced with a non-aqueous solvent, the decomposition of LiFSI is suppressed.
  • the addition of the anion component also improves the efficiency (dehydration efficiency) of dehydrating the hydrous sulfonylimide solution for dehydration and substituting it with a non-aqueous solvent.
  • Advantageous effects of the addition of the anionic component reduce the labor required for the dehydration step and improve the productivity of the composition.
  • the content of the sulfonylimide compound (1) in the hydrous sulfonylimide solution for dehydration is preferably 10% by mass from the viewpoint of sufficiently reducing the water content of the composition. Above, more preferably 20% by mass or more, still more preferably 30% by mass or more. Moreover, the content is preferably 40% by mass or more, more preferably 45% by mass or more, and still more preferably 50% by mass or more, from the viewpoint of improving dehydration efficiency.
  • the upper limit of the content is preferably 60% by mass or less from the viewpoint of sufficiently reducing the moisture content of the composition.
  • Non-aqueous solvent the same solvent (electrolyte solvent) as the non-aqueous solvent used in the preparation step can be used as the non-aqueous solvent (hereinafter also referred to as "addition solvent") added to the hydrous sulfonylimide solution as necessary.
  • the water-containing sulfonylimide solution is an electrolyte solution containing a non-aqueous solvent or a water-containing electrolyte solution (other than an aqueous electrolyte solution)
  • the added solvent may be the same as or different from the non-aqueous solvent used in the preparation step.
  • chain carbonate (chain carbonate) solvents preferably contains a chain carbonate-based solvent, and more preferably contains only a chain carbonate-based solvent.
  • the hydrous sulfonylimide solution obtained in the preparation step is used as a raw material, so the additive solvent does not need to be "completely" non-aqueous, and may contain water.
  • the upper limit of the water content of the solvent to be added may be the saturated water content or less, preferably 1000 mass ppm or less, more preferably 500 mass ppm or less.
  • the total amount of the added solvent is not particularly limited in terms of the lower limit, and may be adjusted as appropriate according to the type and amount of the residual solvent in the sulfonylimide compound (1). For example, it is preferably 10000 g or less, more preferably 1000 g or less, even more preferably 500 g or less, and still more preferably 200 g or less per 100 g of the sulfonylimide compound (1).
  • the total amount of the additive solvent (the amount used) is, for example, preferably 1 to 1000 parts by mass, more preferably 5 to 500 parts by mass, and still more preferably 100 parts by mass of the sulfonylimide compound (1). is 10 to 300 parts by mass, more preferably 30 to 200 parts by mass.
  • the anion component added to the hydrous sulfonylimide solution (hereinafter also referred to as “additional anion component”) has an acid dissociation constant pKa of its conjugate acid (acid dissociation constant pKa1 of the first stage for an acid that ionizes multiple times) ( Temperature: room temperature (25° C.), solvent: water) is an acid component (hereinafter also referred to as “specific acid component”) having a temperature of 0 to 6.5.
  • the hydrous sulfonylimide solution for dehydration is excellent in thermal stability, since decomposition of LiFSI is suppressed even at relatively high temperatures (for example, 50° C. or higher). Further, the composition obtained after the dehydration step contains a specific acid component, so that the thermal stability is improved.
  • an anion component means a specific acid (for example, amidosulfuric acid described later) or a salt thereof (for example, lithium amidosulfate described later) that can become an anion by dissociating ions in a solution. It refers to the partial structure of the acid component (in the case of the above example, the amidosulfate ion).
  • the pKa of the conjugate acid means, for example, the pKa of “HA” when the anion (A ⁇ ) has a valence of 1, and the first dissociation constant pKa1 of “H 2 A” when it has a valence of 2.
  • the specific acid components may be used alone (may be included), or may be used in combination of two or more (may be included in combination).
  • the specific acid component is at least one selected from the group consisting of an amidosulfuric acid component, an acetic acid (carboxylic acid) component, a carbonic acid component and a phosphoric acid component. Further, the specific acid component (anion component) is selected from the group consisting of a sulfonic acid component, a sulfinic acid component, a carboxylic acid component, a carbonic acid component, a phosphoric acid component and a phosphonic acid component; derivatives thereof; and salts thereof. At least one. When two or more types of anion components are used in combination, a plurality of the same anion components may be selected, or a plurality of different types of anion components may be combined.
  • the structure of the specific acid component is not particularly limited in the solution, and it may exist (contain) in the form of ions (may not be dissolved) or may be dissolved.
  • the sulfonic acid component refers to a compound having a sulfonic acid group (sulfo group, —SO 3 H). mentioned.
  • Amidosulfuric acid component Amidosulfuric acid components (amidosulfuric acid compounds, amidosulfuric compounds, amidosulfuric acid compounds) include amidosulfuric acid (sulfamic acid), amidosulfuric acid derivatives, salts thereof, and the like.
  • Amidosulfuric acid derivatives include N-substituted amidosulfuric acid (N-substituted sulfamic acid, etc.).
  • amidosulfuric acid derivatives may be compounds represented by general formula (2) (N-substituted amidosulfuric acid and salts thereof).
  • general formula (2) is represented as a neutral type (R 1 R 2 NSO 2 (OM)), it may be a zwitterionic type, or both of these may be included.
  • R 1 and R 2 are ⁇ H (hydrogen atom), a hydroxyl group, or an optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, aryl group having 6 to 16 carbon atoms, or aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms. or an alkanoyl group having 2 to 16 carbon atoms, may contain a heteroatom, and may form a ring structure with R 1 and R 2 .
  • R 1 and R 2 are the above groups other than H, they may be the same or different (R 1 and R 2 are not the same when they are H (R 1 and R 2 are not H at the same time )).
  • M represents H (hydrogen atom) or a metal atom.
  • examples of the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms include a methyl group.
  • the cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms includes cyclopropyl group and the like.
  • examples of the aryl group having 6 to 16 carbon atoms include a phenyl group and a naphthyl group.
  • Examples of the aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms include a benzyl group and a phenethyl group.
  • the alkanoyl group having 2 to 16 carbon atoms includes benzoyl group and the like.
  • These may be groups containing heteroatoms (nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom, phosphorus atom, etc.).
  • groups containing heteroatoms include groups in which some of the carbon atoms are substituted with heteroatoms, thiocycloalkyl groups (groups corresponding to thiocycloalkanes such as thiepane, thiocane, thietane, thiane, and dithiane).
  • substituents for these groups include, but are not particularly limited to, hydroxyl groups, halogen atoms, amino groups, carboxyl groups, alkoxy groups, acyl groups, and the like. These may be substituted singly or in combination of two or more.
  • metal atoms examples include alkali metal atoms such as lithium, sodium, and potassium; alkaline earth metal atoms such as magnesium, calcium, and barium; and aluminum.
  • amidosulfuric acid derivatives and salts thereof [N-substituted amidosulfuric acid and salts thereof (or compounds represented by the formula (2))] include N-hydroxyamidosulfuric acid; N-mono- or dialkylamidosulfuric acid [N - methylamidosulfuric acid, N-ethylamidosulfuric acid, N-(1-methylpropyl)amidosulfuric acid, N-(2-methylbutyl)amidosulfuric acid, N-(2,2-dimethylpropyl)amidosulfuric acid, N,N-diethylamidosulfuric acid, N-(3-hydroxypropyl)amidosulfuric acid, N-methyl-N-(2,3-dihydroxypropyl)amidosulfuric acid, N,N-bis(2-hydroxyethyl)amidosulfuric acid, N-(2,3-dihydroxy Propyl)amidosulfuric acid, N-(3-methoxy-4-methylphenyl
  • N-mono- or dialkylamidosulfuric acid [N-benzylamidosulfuric acid, N-( ⁇ -methylphenethyl)amidosulfuric acid, etc.]; N-alkyl-N-arylamidosulfuric acid (N-ethyl-N-phenylamidosulfuric acid, etc.
  • N-mono- or diacylamidosulfuric acid [N-benzoylamidosulfuric acid, N-(3-chloroalanyl)amidosulfuric acid, N-(3-chloro-3-methylalanyl)amidosulfuric acid, etc.]; N-thiocycloalkylamidosulfuric acid [ N-(thiepan-4-yl)amidosulfuric acid, N-thiocan-4-ylamidosulfuric acid, thiocan-5-ylamidosulfuric acid, N-thietane-3-ylamidosulfuric acid, N-1,3-dithian-5-ylamidosulfuric acid, N-(thiane-3-yl)amidosulfuric acid, N-(thiolan-3-yl)amidosulfuric acid, etc.]; and salts thereof.
  • Amidosulfuric acid derivatives and salts thereof may be used alone, respectively, or two or more of them may be used in combination.
  • the salt of the amidosulfuric acid component is not particularly limited.
  • it may be a salt that uses amidosulfuric acid or an amidosulfuric acid derivative as either a base or an acid. a salt of an amidosulfuric acid derivative and a base).
  • Specific salts include alkali metal salts such as lithium salts, sodium salts and potassium salts; alkaline earth metal salts such as magnesium salts, calcium salts and barium salts; and metal salts such as aluminum salts.
  • alkali metal salts are preferred, and lithium salts are more preferred.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined. For example, when a lithium salt is used as the electrolyte, a lithium salt (lithium amidosulfate, etc.) may be used.
  • the amidosulfuric acid component preferably contains at least one selected from the group consisting of amidosulfuric acid and its salts (alkali metal salts), amidosulfuric acid derivatives and its salts (alkali metal salts), amidosulfuric acid and alkali metal amidosulfuric acid More preferably, it contains at least one selected from the group consisting of salts (for example, lithium amidosulfate, etc.), and more preferably contains an alkali metal amidosulfate.
  • salts for example, lithium amidosulfate, etc.
  • the heteroatom-containing alkylsulfonic acid component is not particularly limited, and may be represented by general formula (4): [Chemical 4] R 4 —SO 2 (OM) (4) Compounds represented by and the like.
  • R 4 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms containing a heteroatom (nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom, etc.). M is the same as above.
  • heteroatom-containing alkylsulfonic acid components include isethionic acid (R 4 : C 2 H 4 OH, pKa: 1.4) and 3-hydroxypropanesulfonic acid (R 4 : C 3 H 6 OH, pKa: 1.7), taurine (2-aminoethanesulfonic acid, R 4 : C 2 H 4 NH 2 , pKa: 0.5), 2-mercaptoethanesulfonic acid (R 4 : C 2 H 4 SH, pKa: 1 .5); and salts thereof.
  • the heteroatom-containing alkylsulfonic acid components may be used alone or in combination of two or more.
  • alkali metal salts are preferred, and lithium salts are more preferred.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined.
  • a lithium salt such as lithium heteroatom-containing alkylsulfonate
  • a lithium salt such as lithium heteroatom-containing alkylsulfonate
  • heteroatom-containing alkylene disulfonic acid component The heteroatom-containing alkylenedisulfonic acid component is not particularly limited and may be represented by general formula (5): [Chemical 5] (MO)SO2 - R5 - SO2(OM) ( 5 ) Compounds represented by and the like.
  • R 5 represents a C 1-6 alkylene group containing a heteroatom (nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom, etc.).
  • M is the same as above.
  • heteroatom-containing alkylenedisulfonic acid component examples include general formula (5a): [Chemical 6] (HO)SO2 - CH2SCH2 - SO2 ( OH) (5a) A compound represented by (pKa: 0.2), general formula (5b): [Chemical 7] (HO)SO2 - CH2OCH2 - SO2 ( OH) (5b) Compound represented by (pKa: 0.2); and salts thereof and the like.
  • the heteroatom-containing alkylenedisulfonic acid components may be used alone or in combination of two or more.
  • alkali metal salts are preferred, and lithium salts are more preferred.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined.
  • a lithium salt such as lithium heteroatom-containing alkylenedisulfonate
  • a lithium salt such as lithium heteroatom-containing alkylenedisulfonate
  • a sulfinic acid component refers to a compound having a —SO 2 H group, such as general formula (6): [Chemical 8] R6-SO(OM) ( 6 ) Compounds represented by and the like.
  • R 6 represents a hydroxy group, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (halogenated alkyl group) optionally having a halogen atom as a substituent, or an aryl group having 6 to 16 carbon atoms.
  • the aryl group having 6 to 16 carbon atoms includes phenyl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group and the like.
  • M is the same as above.
  • the sulfinic acid component examples include sulfurous acid (R 6 : OH, pKa: 1.9), p-toluenesulfinic acid (R 6 : (CH 3 )C 6 H 3 (p-tolyl group), pKa: 2 .0), trifluoromethanesulfinic acid (R 6 : CF 3 , pKa: 2.1); and salts thereof.
  • the sulfinic acid components may be used singly or in combination of two or more.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined.
  • a lithium salt lithium sulfinate, etc.
  • a lithium salt lithium sulfinate, etc.
  • Carboxylic acids and salts thereof represented by the acetic acid component may be compounds represented by the general formula (3).
  • R 3 is H (hydrogen atom), optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, 6 to 16 carbon atoms represents an aryl group, an aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms, or an alkanoyl group having 2 to 16 carbon atoms, which may contain a heteroatom.
  • M is the same as above.
  • examples of the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms include a methyl group.
  • the cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms includes cyclopropyl group and the like.
  • examples of the aryl group having 6 to 16 carbon atoms include a phenyl group and a naphthyl group.
  • Examples of the aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms include a benzyl group and a phenethyl group.
  • the alkanoyl group having 2 to 16 carbon atoms includes benzoyl group and the like.
  • These may be groups containing heteroatoms (nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom, phosphorus atom, etc.).
  • groups containing heteroatoms include groups in which some of the carbon atoms are substituted with heteroatoms, thiocycloalkyl groups (groups corresponding to thiocycloalkanes such as thiepane, thiocane, thietane, thiane, and dithiane).
  • substituents for these groups include, but are not particularly limited to, hydroxyl groups, halogen atoms, amino groups, carboxyl groups, alkoxy groups, acyl groups, and the like. These may be substituted singly or in combination of two or more.
  • carboxylic acids and salts thereof include saturated fatty acids (formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, etc.), unsaturated fatty acids (linolenic acid, linoleic acid, olein acid, etc.), hydroxy acids (lactic acid, citric acid, salicylic acid, etc.), dicarboxylic acids (oxalic acid, tartaric acid, phthalic acid, itaconic acid, maleic acid, etc.), amino acids (glycine, alanine, etc.), and salts thereof. be done. More specifically, alkyl monocarboxylic acids and salts thereof include acetic acid, trifluoroacetic acid; and salts thereof.
  • Alkyldicarboxylic acids and salts thereof include malonic acid, maleic acid, succinic acid; and salts thereof.
  • aromatic carboxylic acids and salts thereof include benzoic acid, salicylic acid; and salts thereof.
  • aromatic dicarboxylic acids and salts thereof include phthalic acid, maleic acid; and salts thereof.
  • Carboxylic acid and its salt may be used independently, respectively, and may use two or more types together.
  • Specific salts include alkali metal salts (lithium salts, sodium salts, potassium salts, etc.), alkaline earth metal salts (magnesium salts, calcium salts, barium salts, etc.), aluminum salts, and the like. Among these, alkali metal salts are preferred, and lithium salts are more preferred.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined. For example, when using a lithium salt as the electrolyte, a lithium salt (such as lithium acetate) may be used.
  • the carbonic acid component is not particularly limited, and examples thereof include carbonates, hydrogen carbonates, and the like. Carbonic acid components may be used alone or in combination of two or more.
  • Specific salts include alkali metal salts (lithium salts, sodium salts, potassium salts, rubidium salts, cesium salts, etc.), alkaline earth metal salts (beryllium salts, magnesium salts, calcium salts, strontium salts, barium salts, etc.). etc. Among these, alkali metal salts are preferred, and lithium salts are more preferred.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined. For example, when using a lithium salt as the electrolyte, a lithium salt (such as lithium carbonate) may be used.
  • the phosphoric acid component is not particularly limited, and includes various phosphates such as phosphates, hydrogen phosphates and dihydrogen phosphates; phosphate ester components and the like. Each phosphoric acid component may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • Specific salts include alkali metal salts (lithium salts, sodium salts, potassium salts, rubidium salts, cesium salts, etc.), alkaline earth metal salts (beryllium salts, magnesium salts, calcium salts, strontium salts, barium salts, etc.). etc. Among these, alkali metal salts are preferred, and lithium salts are more preferred.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined. For example, when using a lithium salt as the electrolyte, a lithium salt (such as lithium phosphate) may be used.
  • the phosphate ester component is not particularly limited, and general formula (7): [Chemical 10] R 7 O-PO(OM) 2 (7)
  • Examples include a phosphate diester component represented by the above.
  • R 7 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (halogenated alkyl group) optionally having a halogen atom as a substituent or an aryl group having 6 to 16 carbon atoms. show.
  • the aryl group having 6 to 16 carbon atoms includes phenyl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group and the like.
  • two R 7 may form a ring structure.
  • M is the same as above.
  • two Ms may be the same (both are H (hydrogen atom) or metal atom) or may be different.
  • phosphoric acid monoester component examples include monomethyl phosphate (R 7 : methyl group, pKa: 1.8); and salts thereof.
  • phosphate diester component examples include formula (8a): [Chemical 12] (CF 3 O) 2 -PO(OH) (8a) A compound represented by (R 7 : CF 3 , pKa: 0.6), formula (8b):
  • the phosphate ester component may be used alone or in combination of two or more.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined.
  • a lithium salt lithium phosphate, etc.
  • a lithium salt lithium phosphate, etc.
  • R 8 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (halogenated alkyl group) optionally having a halogen atom as a substituent, an aryl group having 6 to 16 carbon atoms, a halogen atom or hydrogen. represents an atom.
  • the aryl group having 6 to 16 carbon atoms includes phenyl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group and the like.
  • M is the same as above. Two M may be the same (both are H (hydrogen atom) or metal atom) or may be different.
  • the phosphonic acid component examples include methylphosphonic acid (R 8 : methyl group, pKa: 2.4), trifluoromethanephosphonic acid (R 8 : CF 3 , pKa: 1.2), phosphorous acid/ phosphite, R 8 : H, pKa: 1.3); and salts thereof.
  • alkali metal salts are preferred, and lithium salts are more preferred.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined.
  • a lithium salt such as lithium phosphonate
  • Each of the phosphonic acid components may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • the salt may also be a salt corresponding to the cation of the electrolyte with which it is combined.
  • a lithium salt such as lithium phosphonate
  • a lithium salt such as lithium phosphonate
  • a sulfonic acid component, a carbonic acid component and a phosphoric acid component are preferable from the viewpoint of improving the thermal stability of the hydrous sulfonylimide solution for dehydration and improving the dehydration efficiency. More preferred.
  • the sulfonic acid components amidosulfuric acid components and heteroatom-containing alkyl sulfonic acid components are preferred.
  • a combination of a sulfonic acid component (an amidosulfuric acid component or a heteroatom-containing alkylsulfonic acid component) and a carbonic acid component is preferred, and a combination of an amidosulfuric acid component and a carbonic acid component is more preferred.
  • the added amount of the added anion component (specific acid component) (the total added amount when two or more types are used together) is determined by the thermal stability of the hydrous sulfonylimide solution for dehydration with respect to the electrolyte (sulfonylimide compound (1)). It is preferably 1000 ppm by mass or more, more preferably 2000 ppm by mass or more, and still more preferably 4000 ppm by mass or more, from the viewpoint of improving dehydration efficiency by improving properties.
  • the upper limit of the amount added is preferably 30000 mass ppm or less, more preferably 25000 mass ppm or less, and even more preferably 10000 mass ppm or less.
  • the addition amount of the additional anion component refers to the addition amount of the anion component intentionally added to the hydrous sulfonylimide solution in the dehydration step. That is, the dehydration step includes a step of adding (to the hydrous sulfonylimide solution or the hydrous sulfonylimide solution for dehydration) the added anion component at the above concentration (for example, a concentration of 1000 ppm by mass or more relative to the electrolyte). good too.
  • the anion component (specific acid component) concentration in the hydrated sulfonylimide solution for dehydration is preferably 4000 ppm by mass or more, more preferably 4000 ppm by mass or more, relative to the electrolyte. is 5000 mass ppm or more, more preferably 8000 mass ppm or more, still more preferably 10000 mass ppm or more, still more preferably 20000 mass ppm or more.
  • the concentration of the anion component is not the amount of the anion component added in the dehydration step, but the amount of the anion component present (the content of the anion component contained in the hydrous sulfonylimide solution for dehydration).
  • the above addition amount may be a ratio in terms of a non-salt form (or free form, such as acid or acid derivative).
  • the salts of the acids and derivatives thereof described above may be commercially available products or manufactured products.
  • the method for dehydrating the hydrous sulfonylimide solution is not particularly limited.
  • a hydrous sulfonylimide solution for dehydration which is obtained by adding a non-aqueous solvent and an anion component to the hydrous sulfonylimide solution, is distilled by a distillation method such as simple distillation, flash distillation, or continuous distillation. A dehydration method and the like can be mentioned.
  • the same amount of the non-aqueous solvent as the distillate to be removed is continuously added.
  • the distillate may be phase separated to remove the aqueous phase while the organic phase (the phase containing the non-aqueous solvent) is allowed to reflux.
  • the reflux liquid may be returned to the fractionating tube (distillation column, column, etc.) or to the distillation bottoms containing the hydrous sulfonylimide solution for dehydration.
  • the reflux liquid may be subjected to a separate dehydration operation and then returned to the distillation apparatus (either the fractionating tube or the distillation bottom liquid may be used).
  • the dehydration operation includes the use of dehydrating agents such as molecular sieves.
  • the temperature at which the distillate is phase-separated is not particularly limited, and may be appropriately adjusted depending on the non-aqueous solvent used. °C, more preferably 10°C to 40°C.
  • the positional relationship between the organic phase to be refluxed and the aqueous phase to be removed may change depending on the type of non-aqueous solvent used. For example, when butyl acetate is used as the non-aqueous solvent, the organic phase is positioned at the top, and when dimethyl carbonate is used, the organic phase is positioned at the bottom.
  • the distillation apparatus may be appropriately selected.
  • the waste water phase removed to the outside of the system contains not a little non-aqueous solvent.
  • the production method of the present disclosure may include a recovery step of recovering the non-aqueous solvent from the discarded aqueous phase after the dehydration step.
  • a method for recovering the non-aqueous solvent from the waste water phase is not particularly limited, and an example thereof includes a method of distilling the waste water phase.
  • the hydrous sulfonylimide solution for dehydration is dehydrated to obtain a composition containing the added non-aqueous solvent and the anion component.
  • the dehydration step can be said to be a step of replacing the water in the hydrous sulfonylimide solution with a non-aqueous solvent.
  • the dehydration step can be carried out under normal pressure or under reduced pressure (the dehydration step may be carried out under a combination of normal pressure and reduced pressure), but from the viewpoint of suppressing decomposition of the sulfonylimide compound (1) due to heat. Therefore, it is preferable to carry out the reaction under reduced pressure (dehydration under reduced pressure).
  • the degree of pressure reduction is not particularly limited and may be adjusted appropriately according to the concentration of the sulfonylimide compound (1), the type and amount of the non-aqueous solvent, etc. For example, it is preferably 200 kPa or less, more preferably 40 kPa or less, and still more preferably 15 kPa. Below, it is particularly preferably 10 kPa or less. Moreover, the lower limit of the degree of pressure reduction is more than 5 kPa.
  • the degree of pressure reduction in the dehydration process may be constant during the dehydration process, or may be changed within the above range.
  • the heating temperature in the dehydration step may be adjusted as appropriate according to the degree of pressure reduction, the type and amount of the non-aqueous solvent, and is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the dehydration efficiency, For example, it is preferably 20 to 110°C, more preferably 30 to 100°C.
  • the hydrous sulfonylimide solution for dehydration has improved thermal stability due to the addition of an anion component.
  • the hydrolysis of 1) is suppressed. That is, in order to improve the dehydration efficiency, the lower limit of the heating temperature may be set to 50° C. or higher.
  • the heating temperature in the dehydration process may be constant during the dehydration process, or may be changed within the above range.
  • the temperature may be gradually increased within the above range.
  • the heating method is not particularly limited, and for example, by raising the oil bath temperature while a container such as a flask containing the hydrous sulfonylimide solution for dehydration is immersed in the oil bath, the internal temperature of the container (heating temperature equivalent) is raised.
  • the temperature difference ( ⁇ t) between the flask internal temperature and the oil bath temperature during the dehydration operation is preferably 5 to 40°C, more preferably 10 to 40°C. , more preferably from 20 to 40°C, and even more preferably from 30 to 40°C.
  • the treatment time in the dehydration step is not particularly limited and may be appropriately adjusted according to the degree of pressure reduction, heating temperature, type and amount of non-aqueous solvent, etc. For example, it is preferably 1 to 40 hours, more preferably 2 to 35 hours. hours, more preferably 5 to 30 hours.
  • the device for decompression and/or heating used in the dehydration process may be appropriately selected according to the amount of solution, degree of decompression, heating temperature, and the like.
  • a tank reactor, a pressure-reduced tank reactor, and the like can be mentioned.
  • the dehydration efficiency in the dehydration step is specified by the dehydration efficiency obtained by the method for quantifying the dehydration efficiency described later and the method described in Examples in the method for producing a composition according to the present embodiment.
  • the dehydration efficiency in the dehydration step is preferably 80 or less, more preferably 60 or less, still more preferably 50 or less, and even more preferably 30 or less.
  • the total amount of non-aqueous solvent required to reach the target water content of the composition for example, 50 mass ppm or less
  • total weight for quantification.
  • the “total amount of non-aqueous solvent” in the formula (1) refers to the total amount of non-aqueous solvent (addition solvent) added to the hydrous sulfonylimide solution in the dehydration step.
  • total amount of non-aqueous solvent may be the total amount of solvent added to the system for simple distillation, and the total amount of vapor evaporated from the reactor/still can (distillation device) for continuous distillation (hereinafter referred to as “total rise (also called steam volume).
  • total rise also called steam volume.
  • the method for producing the composition may contain other steps as long as the object of the present invention is not impaired. Other steps include filtration, column purification, activated carbon treatment, molecular sieve treatment, etc., in addition to the recovery step described above.
  • a hydrous sulfonylimide solution containing the sulfonylimide compound (1) and water and/or a non-aqueous solvent (electrolyte solvent) is prepared, and the solution is A composition containing the sulfonylimide compound (1) as an electrolyte, a non-aqueous solvent and an anion component through a step (operation) of dehydrating a hydrous sulfonylimide solution for dehydration by adding an anion component and, if necessary, a non-aqueous solvent to you get something.
  • the hydrous sulfonylimide solution for dehydration has high thermal stability due to the addition of an anion component, the dehydration operation can be performed at a relatively high temperature (for example, 50° C. or higher), resulting in excellent dehydration efficiency and productivity. also improve.
  • the resulting composition not only has a sufficiently low moisture content, but also has excellent thermal stability.
  • composition (Electrolytes)
  • the content of the sulfonylimide compound (1) in the composition (relative to the total amount of 100% by mass of the components contained in the composition) (the total content when two or more are used in combination) makes the composition suitable for a wide range of electrolytic solution compositions. From the viewpoint of application, it is preferably 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more.
  • the upper limit of the content is preferably 60% by mass or less, more preferably 55% by mass or less, from the viewpoint of improving the storage stability of the composition even at high temperatures.
  • the composition may contain the sulfonylimide compound (1), but may contain other electrolytes (electrolytes other than the sulfonylimide compound (1)).
  • Other electrolytes may be mixed with the composition, or may be mixed with the hydrous sulfonylimide solution and/or the hydrous sulfonylimide solution for dehydration in the manufacturing process of the composition.
  • Other electrolytes include imide salts, non-imide salts, and the like.
  • Examples of the imide salt include fluorine-containing sulfonylimide salts different from the sulfonylimide compound (1) (hereinafter referred to as "another sulfonylimide compound").
  • Other sulfonylimide compounds include lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , hereinafter also referred to as “LiTFSI”); lithium bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide; lithium bis(heptafluoro propylsulfonyl)imide; non-lithium salts of fluorine-containing sulfonylimides listed as sulfonylimide compound (1) (for example, salts in which lithium (ion) is substituted with a cation other than lithium ion in sulfonylimide compound (1)), etc.
  • Salts substituted with cations other than lithium ions include alkali metal salts such as sodium salts, potassium salts, rubidium salts and cesium salts; alkaline earth metal salts such as beryllium salts, magnesium salts, calcium salts, strontium salts and barium salts. aluminum salts; ammonium salts; phosphonium salts and the like.
  • alkali metal salts such as sodium salts, potassium salts, rubidium salts and cesium salts
  • alkaline earth metal salts such as beryllium salts, magnesium salts, calcium salts, strontium salts and barium salts.
  • aluminum salts such as ammonium salts; phosphonium salts and the like.
  • Other sulfonylimide compounds may be used alone, respectively, or two or more of them may be used in combination.
  • other sulfonylimide compounds may be commercially available products, or may be synthesized by conventionally known methods.
  • Non-imide salts include salts of non-imide anions and cations (lithium ions and cations exemplified above).
  • Examples of non-imide salts include fluorophosphorus salts such as LiPF 6 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiPF 3 (C 3 F 7 ) 3 and LiPF 3 (C 4 F 9 ) 3 .
  • Acid compounds Fluoroboric acid compounds such as LiBF4 , LiBF( CF3 ) 3 , LiBF( C2F5 ) 3 , LiBF( C3F7 ) 3 , lithium hexafluoroarsenate ( LiAsF6 ), LiSbF6 , LiClO 4 , LiSCN, LiAlF4 , CF3SO3Li , LiC[(CF3SO2)3 ] , LiN ( NO2), LiN[(CN) 2 ;
  • salts include salts in which lithium (ions) are substituted with the above-exemplified cations (e.g., NaBF 4 , NaPF 6 , NaPF 3 (CF 3 ) 3 , etc.)
  • Non-imide salts may be used alone. Alternatively, two or more types may be used in combination.
  • the non-imide salt may be a commercially available product or one synthesized by a conventionally known method.
  • electrolytes sulfonylimide compound (1), other electrolytes, etc.
  • electrolytes may exist (contain) in the form of ions in the composition.
  • the non-aqueous solvent preferably contains a carbonate solvent, more preferably contains a chain carbonate solvent, and particularly preferably consists of only a chain carbonate solvent.
  • the ratio of the carbonate-based solvent (preferably chain carbonate-based solvent) to the total non-aqueous solvent is not particularly limited, and is 10% by volume or more, 20% by volume or more, 30% by volume or more, 40% by volume or more, 50% by volume or more. , 60% by volume or more, 70% by volume or more, 80% by volume or more, 90% by volume or more, 95% by volume or more, 99% by volume or more, or 100% by volume (substantially only carbonate solvent (preferably substantially Only a chain carbonate-based solvent)) may be used.
  • the concentration of the anion component (specific acid component) is 10000 mass ppm (1 mass%) or less with respect to the electrolyte (sulfonylimide compound (1)).
  • the concentration of the anion component (specific acid component) relative to the electrolyte (sulfonylimide compound (1)) is preferably 50 ppm by mass or more from the viewpoint of improving the storage stability of the composition even at high temperatures. , more preferably 60 mass ppm or more.
  • the upper limit of the concentration is 10000 mass ppm or less, preferably 8000 mass ppm or less, more preferably 6000 mass ppm or less, still more preferably 4000 mass ppm or less, and even more preferably 2000 mass ppm or less.
  • the concentration of the specific acid component is preferably 1000 mass ppm or less, more preferably 500 mass ppm or less, and even more preferably 400 mass ppm or less.
  • the above concentration may be a ratio in terms of non-salt form (or free form, such as acid or acid derivative).
  • the composition may contain additives for the purpose of improving various characteristics of the lithium ion secondary battery.
  • the additive may be added to the composition, or may be added to the hydrous sulfonylimide solution and/or the hydrous sulfonylimide solution for dehydration in the production process of the composition.
  • Additives include succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, phenyl Carboxylic anhydride such as succinic anhydride; ethylene sulfite, 1,3-propanesultone, 1,4-butanesultone, methyl methanesulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolene, dimethylsulfone, tetramethylthiuram monosulfide, trimethylene sulfur-containing compounds such as glycol sulfate; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylsuccinimide, etc
  • saturated hydrocarbon compounds such as heptane, octane, and cycloheptane
  • carbonate compounds such as vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate (FEC), trifluoropropylene carbonate, phenylethylene carbonate and erythritan carbonate; , H 3 NSO 3
  • sulfamate alkali metal salts such as lithium salt, sodium salt, potassium salt; alkaline earth metal salts such as calcium salt, strontium salt, barium salt; manganese salt, copper salt, zinc salt, other metal salts such as iron salts , cobalt salts , nickel salts; ammonium salts; guanidine salts , etc.
  • fluorosulfonic acid compounds such as magnesium fluorosulfonate (Mg(FSO3)2 )
  • fluorophosphate compounds such as lithium monofluorophosphate ( Li2PO3F ) and lithium difluorophosphate ( LiPO2F2 ); lithium Bis
  • the moisture content (water concentration, water content) of the composition is preferably 10000 ppm by mass or less, more preferably 3000 ppm by mass, 1000 ppm by mass, 900 ppm by mass, 800 mass ppm, 700 mass ppm, 600 mass ppm, 500 mass ppm, 400 mass ppm, 300 mass ppm, 200 mass ppm, 100 mass ppm and 50 mass ppm.
  • the water content of the composition is preferably as low as possible, may be below the detection limit, and may be substantially free of water (0 mass ppm).
  • the water concentration can be measured by the method described in Examples below, for example, using a Karl Fischer moisture analyzer.
  • the composition contains water content of 0.1 mass ppm or more, 0.3 mass ppm or more, 0.5 mass ppm or more, 0.7 mass ppm or more, 0.8 mass ppm or more, 1 mass ppm or more, 1 It may be contained at a concentration of 5 mass ppm or more, 2 mass ppm or more, 3 mass ppm or more, 5 mass ppm or more, 7 mass ppm or more, or 10 mass ppm or more.
  • Each concentration of anionic impurities such as fluoride ion (F ⁇ ), chloride ion (Cl ⁇ ), sulfate ion (SO 4 2 ⁇ ), FSO 3 ⁇ (fluorosulfonate ion), etc.
  • F ⁇ fluoride ion
  • Cl ⁇ chloride ion
  • SO 4 2 ⁇ sulfate ion
  • FSO 3 ⁇ fluorosulfonate ion
  • it is preferably 300 mass ppm or less, more preferably 200 mass ppm or less, even more preferably 100 mass ppm or less, still more preferably 80 mass ppm or less, and even more preferably 60 mass ppm. Below, particularly preferably, it is 40 mass ppm or less.
  • Each concentration of anionic impurities is preferably as low as possible, may be below the detection limit, and may be substantially free of anionic impurities (0 mass ppm).
  • the concentration of anionic impurities can be measured by the methods described in Examples below, such as ion chromatography and NMR.
  • the composition configured as described above is a solution (liquid) composition because it contains the electrolyte, solvent, and anion component described above.
  • the liquid composition may be used as a non-aqueous electrolyte or as a raw material for a non-aqueous electrolyte (electrolyte solution, electrolyte material).
  • the non-aqueous electrolytic solution according to this embodiment includes the composition (liquid composition) obtained by the manufacturing method according to this embodiment described above. That is, the non-aqueous electrolyte is prepared using the composition.
  • the composition may be used as it is, or the composition may be diluted by mixing the above-described non-aqueous solvent (electrolyte solvent).
  • electrolyte solvents include carbonate-based solvents and other non-aqueous solvents.
  • the solvent mixed with the composition may be the same solvent as the solvent constituting the composition, or may be a different solvent.
  • the non-aqueous electrolytic solution may contain only the composition (consisting of only the composition), and if necessary, the composition may contain the above-described electrolyte or solvent, and the above-described additives as long as they are not harmful. It may further contain.
  • all the items described in the manufacturing method and the obtained composition described above also apply to the non-aqueous electrolyte.
  • LiFSI LiFSI aqueous solution
  • LiFSI/H 2 O lithium bis(fluorosulfonyl)imide
  • the quantitative lower limits are, for example, F ⁇ , Cl ⁇ , SO 4 2 ⁇ : 5 mass ppm, H 2 NSO 3 Li: 10 mass ppm. These lower limits of determination are the concentration in the solution, not the standard concentration of the electrolyte.
  • the LiFSI concentration in the LiFSI aqueous solution was measured by 19 F-NMR.
  • 19 F-NMR measurement was performed using "Unity Plus-400" manufactured by Varian (internal standard substance: trifluorotoluene, number of integrations: 64 times).
  • the hydrous LiFSI solution is diluted 100 times with ultrapure water (over 18.2 ⁇ cm) to obtain a measurement solution, and an ion chromatography system ICS-3000 (manufactured by Nippon Dionex Co., Ltd.) is used to measure the content in the hydrous LiFSI solution.
  • concentrations of H 2 NSO 3 Li (anion component), anionic impurities (F ⁇ , Cl ⁇ , SO 4 2 ⁇ , FSO 3 ⁇ etc.) and other impurities (FSO 2 NH 2 etc.) were measured.
  • the measurement conditions are as follows.
  • Example 1 In a dry room (dew point: ⁇ 40° C.), a 2-liter three-necked flask equipped with a thermometer for measuring the internal temperature, a solvent inlet, and a distillation column (filler: Sulzer EX, manufactured by Sulzer Japan Co., Ltd.; the same shall apply hereinafter).
  • LiFSI aqueous solution LiFSI/H 2 O obtained in Synthesis Example 1 (preparation step) obtained in Synthesis Example 1 (preparation step)
  • 678 g of DMC and 1.2 g of lithium carbonate as an anion component (2691 mass ppm per electrolyte) and 0.8 g of lithium amide sulfate (electrolyte 1792 mass ppm per unit) was added to prepare a hydrous LiFSI/DMC solution containing 28% by mass of LiFSI (a hydrous sulfonylimide solution for dehydration).
  • a cooling pipe for condensing volatilized vapor is provided at the top of the distillation column.
  • a Dean-Stark apparatus is provided as a phase separation tank for oil-water separation of the condensed liquid.
  • the flask is immersed in an oil bath, and the temperature inside the flask is heated to 32° C. in the oil bath to azeotropically distill water together with DMC. rice field.
  • the distillate gas passed through a distillation column, was condensed in a condenser (2° C.), and was phase-separated into an aqueous phase and a DMC phase in a Dean Stark chamber as a distillate.
  • the aqueous phase was removed out of the system, and the DMC phase was returned to the top of the distillation column using a reflux pump and refluxed.
  • Example 2 It was dehydrated and replaced with DMC under the same conditions as in Example 1, except that ⁇ t was changed from 15 to 20°C (dehydration step). The resulting suspension was filtered through a membrane filter to obtain a colorless and transparent LiFSI/DMC solution. The results of measuring the solution composition of the LiFSI/DMC solution and the concentration of anionic impurities in the electrolyte in the same manner as described above are shown below.
  • Example 3 In a dry room (dew point: ⁇ 40° C.), 699 g of the LiFSI aqueous solution (LiFSI/H 2 O) obtained in Synthesis Example 1 (preparation step), 712 g of EMC, and lithium carbonate as an anion component were placed in the same apparatus as in Example 1. 1.2 g (3368 mass ppm per electrolyte) and 0.6 g lithium amidosulfate (1757 mass ppm per electrolyte) were added to prepare an EMC solution of hydrated LiFSI containing 25% by mass of LiFSI (hydrous sulfonylimide solution for dehydration). .
  • the flask is immersed in an oil bath, and the temperature inside the flask is heated to 33° C. in the oil bath to azeotropically distill water together with EMC. rice field.
  • the distillate gas passed through a distillation column, was condensed in a condenser (2° C.), and was phase-separated into a water phase and an EMC phase in a Dean Stark chamber as a distillate. Among them, the water phase was removed out of the system, and the EMC phase was returned to the top of the distillation column using a reflux pump and refluxed.
  • Vacuum distillation (continuous distillation) was carried out for a total of 30 hours while gradually raising the temperature of the oil bath, thereby dehydrating and replacing with EMC.
  • the internal temperature of the flask varied between 33°C and 64°C, and ⁇ t varied between 15 and 30°C.
  • the above dehydration operation was defined as a dehydration step.
  • the resulting suspension was filtered through a membrane filter to obtain a colorless and transparent LiFSI/EMC solution.
  • the results of measuring the solution composition of the LiFSI/EMC solution and the concentration of anionic impurities in the electrolyte in the same manner as described above are shown below.
  • Example 4 It was dehydrated and replaced with EMC under the same conditions as in Example 3, except that ⁇ t was changed from 15 to 20°C (dehydration step). The resulting suspension was filtered through a membrane filter to obtain a colorless and transparent LiFSI/EMC solution. The results of measuring the solution composition of the LiFSI/EMC solution and the concentration of anionic impurities in the electrolyte in the same manner as described above are shown below.
  • Example 5 In a dry room (dew point: ⁇ 40° C.), 812 g of the LiFSI aqueous solution (LiFSI/H 2 O) obtained in Synthesis Example 2 (preparation step), 665 g of DMC and 15 of lithium carbonate as an anion component were placed in the same apparatus as in Example 1. 0 g (23383 mass ppm per electrolyte) was added to prepare a hydrous LiFSI/DMC solution containing 44 wt % LiFSI (a hydrous sulfonylimide solution for dehydration).
  • the pressure in the flask was reduced to 8.5 kPa using a vacuum pump, the flask was immersed in an oil bath, and the temperature inside the flask was heated to 52 ° C. in the oil bath. operation was performed. While gradually raising the temperature of the oil bath, vacuum distillation (continuous distillation) was carried out for a total of 25 hours to dehydrate and replace with DMC. During the dehydration, the temperature inside the flask varied between 52°C and 84°C, and ⁇ t varied between 7 and 20°C. The above dehydration operation was defined as a dehydration step. The resulting suspension was filtered through a membrane filter to obtain a colorless and transparent LiFSI/DMC solution.
  • Example 6 In a dry room (dew point: ⁇ 40° C.), 1263 g of the LiFSI aqueous solution (LiFSI/H 2 O) obtained in Synthesis Example 2 (preparation step), 1994 g of EMC, and 4 lithium carbonate as an anion component were placed in the same apparatus as in Example 1. .1 g (4108 wt ppm per electrolyte) was added to prepare a hydrous LiFSI/EMC solution containing 31 wt % LiFSI (a hydrous sulfonylimide solution for dehydration).
  • Example 2 the pressure in the flask was reduced to 8 kPa using a vacuum pump, the flask was immersed in an oil bath, and the same operation as in Example 1 was performed except that the temperature inside the flask was heated to 71 ° C. in the oil bath. did Vacuum distillation (continuous distillation) was performed for a total of 15 hours while gradually raising the temperature of the oil bath to dehydrate and replace with EMC. During dehydration, the internal temperature of the flask varied between 49°C and 59°C, and ⁇ t varied between 22 and 31°C. The above dehydration operation was defined as a dehydration step. The resulting suspension was filtered through a membrane filter to obtain a colorless and transparent LiFSI/EMC solution.
  • Example 7 In a dry room (dew point: ⁇ 40° C.), 1477 g of the hydrous LiFSI/EMC solution obtained in Synthesis Example 4 (preparation step) and 15.0 g of lithium carbonate as an anion component (25647 g per electrolyte) were placed in the same apparatus as in Example 1. mass ppm) was added to prepare a hydrous LiFSI/EMC solution containing 40% by mass of LiFSI (a hydrous sulfonylimide solution for dehydration).
  • the pressure in the flask was reduced to 5.5 kPa using a vacuum pump, the flask was immersed in an oil bath, and the temperature inside the flask was heated to 58 ° C. in the oil bath. operation was performed. While gradually raising the temperature of the oil bath, vacuum distillation (continuous distillation) was performed for a total of 7 hours to dehydrate and replace with EMC. During dehydration, the internal temperature of the flask varied between 57°C and 64°C, and ⁇ t varied between 5 and 25°C. The above dehydration operation was defined as a dehydration step. The resulting suspension was filtered through a membrane filter to obtain a colorless and transparent LiFSI/EMC solution.
  • Example 8> In a dry room (dew point: -40 ° C.), 51 g of the LiFSI aqueous solution obtained in Synthesis Example 5 (FSI concentration: 70 wt%, anion component content: 5822 ppm), 212 g of EMC, and lithium phosphate as an anion component were added to a 500 mL eggplant flask. 1.1 g (manufactured by Sigma-Aldrich, amount of anion component added during process (per electrolyte): 14233 ppm) was added to prepare a hydrous LiFSI/EMC solution containing 14% by mass of LiFSI (a hydrous sulfonylimide solution for dehydration).
  • Example 9 In a dry room (dew point: -40 ° C.), 50 g of the LiFSI aqueous solution obtained in Synthesis Example 5 (FSI concentration: 70 wt%, anion component content: 5822 ppm) in a 500 mL eggplant flask, EMC 230 g, and lithium carbonate 0 as an anion component .52 g (addition amount of anion component during process (per electrolyte): 14733 ppm) and 0.63 g of 70% by mass isethionic acid aqueous solution (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical, amount of anion component addition during process (per electrolyte): 12495 ppm)
  • a hydrous LiFSI/EMC solution a hydrous sulfonylimide solution for dehydration
  • the flask was immersed in an oil bath and heated to 25° C. (oil bath temperature: 60° C.) in the oil bath. Water was azeotropically distilled with DMC. After 20 minutes, the flask was depressurized and non-aqueous DMC (water content ⁇ 30 ppm by mass) was added, followed by distillation under reduced pressure again. This operation was repeated, and a cumulative total of 606.0 g of DMC was added.
  • a part of the obtained solution was filtered with a membrane filter to obtain a colorless and transparent LiFSI/DMC solution containing 56% by mass of LiFSI.
  • the water content of the LiFSI/EMC solution was measured in the same manner as described above, the water content was 115 mass ppm.
  • Table 1 shows the number of times DMC was added, the total amount of DMC (additional total amount) at each time, the water content of the solution at each time, and the dehydration efficiency at each time.
  • the dehydration efficiency in each time was calculated
  • the dehydration efficiency means that the smaller the value, the higher the efficiency of dehydration and replacement with DMC.
  • Dehydration efficiency "total amount of DMC required to reach the water content at each time” / "weight of LiFSI" (2)
  • the flask was immersed in an oil bath and heated to 25° C. (oil bath temperature: 50° C.) in the oil bath. azeotropically distilled water with EMC.
  • the distillate gas passed through a distillation column, was condensed in a condenser (2° C.), and was phase-separated into a water phase and an EMC phase in a Dean Stark chamber as a distillate. Among them, the water phase was removed out of the system, and the EMC phase was returned to the top of the distillation column using a reflux pump and refluxed. After 4.5 hours, the flask internal temperature reached 35 ° C.
  • the LiFSI/EMC solution obtained above was concentrated at a pressure of 2.5 KPa and an oil bath temperature of 50°C. The resulting solution was filtered through a membrane filter to obtain 263.3 g of a colorless and transparent LiFSI/EMC solution.
  • the solution composition of the concentrated LiFSI/EMC solution and the concentration of anionic impurities in the electrolyte were measured in the same manner as described above, and the results are shown below.
  • Table 2 shows the type of solvent, the type and amount of anion component added, and the dehydration efficiency of each LiFSI solution (composition) obtained through the adjustment process and the dehydration process.
  • the amount of anion component added during the dehydration process per electrolyte is the weight of the anion component added to the hydrous LiFSI solution when preparing the hydrous sulfonylimide solution for dehydration before dehydration (a plurality of anion components is added, the sum of these weights).
  • the anion component content during the dehydration process per electrolyte is a calculated value based on the total amount of the anion component content in the raw material of the hydrous LiFSI solution and the above anion component addition amount.
  • the dehydration efficiency was determined by the following formula (3).
  • the dehydration efficiency means that the smaller the value, the higher the efficiency of dehydration and replacement with a non-aqueous solvent.
  • [Number 3] Dehydration efficiency "Total amount of added solvent or total amount of rising steam required for water content to reach 50 ppm by mass”/"Weight of LiFSI" (3)
  • the total amount of the non-aqueous solvent in Comparative Example 1 is the amount required for the water content to reach 115 ppm by mass.
  • the anion component in the production method of each example, in the dehydration step, is contained at a concentration of 4000 ppm by mass or more with respect to LiFSI (electrolyte) (the total concentration when two or more types are used together). It can be said that the dehydration efficiency is high.
  • the set pressure degree of pressure reduction
  • the heating temperature can be set relatively high (for example, 50 ° C. or higher), so not only the dehydration efficiency , the production efficiency (productivity) of the composition is also excellent.
  • the present disclosure is suitable for non-aqueous electrolytes used in lithium-ion secondary batteries and the like, and compositions that can be used as raw materials thereof.

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Abstract

電解質、非水系溶媒及びアニオン成分を含有する組成物を製造する方法であって、前記電解質は一般式(1)で表されるスルホニルイミド化合物を含み、前記アニオン成分はその共役酸の酸解離定数pKa(複数電離する酸については第1段階の酸解離定数pKa1)が0以上6.5以下であり前記電解質に対して10000質量ppm以下の濃度で含まれており、前記電解質及び前記非水系溶媒を含有する溶液に前記アニオン成分を加えて脱水し溶媒置換する脱水工程を含む。 LiN(XSO2)(FSO2) (Xはフッ素原子、炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のフルオロアルキル基を示す。) (1)

Description

組成物の製造方法及び非水電解液
 本開示は、組成物の製造方法及び非水電解液に関するものである。
 リチウムイオン二次電池等の二次電池の電池性能を向上させるために、二次電池に用いられる非水電解液やその材料が種々検討されている。例えば、特許文献1には、低含水率の非水電解液の製造方法が提案されている。この方法は、アルカリ金属塩のアニオンを含む酸(例えばビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI))と、アルカリ金属塩基(例えば炭酸リチウム)と、非水系溶媒とを、非水系溶媒、水、並びに酸とアルカリ金属塩基との反応から生成されるアルカリ金属塩を含む溶液混合物を生成するのに十分な条件下で混合する工程(a)と、溶液混合物から水を含む蒸気を除去して非水電解液を生成する工程(b)とを含む。また、この方法では、生成された非水電解液に非水系溶媒を加えて工程(b)を繰り返す。
国際公開第2018/144480号
 しかしながら、特許文献1に記載の方法では、工程(a)で得られる溶液混合物の熱安定性が十分ではないため、工程(b)中にLiFSIが分解しないように比較的低い温度を維持した状態で工程(b)を実施する必要がある。そのため、当該方法では、非水電解液の含水率を十分に低減するためには、工程(b)を何回も繰り返す必要があり、脱水し非水系溶媒に置換する効率の点で不十分であった。
 本開示は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、脱水して非水系溶媒に置換する効率に優れる組成物の製造方法及び当該組成物を含む非水電解液を提供することにある。
 ところで、本出願人は、スルホニルイミド化合物と、アミド硫酸成分とを含む電解質組成物を国際公開第2020/241161号公報(PCT/JP2020/18124の出願明細書)に開示している。また、本出願人は、電解質、溶媒及びアニオン成分を含む組成物をPCT/JP2021/004071の出願明細書に開示している。この組成物は、電解質がスルホニルイミド塩(スルホニルイミド化合物)を含み、アニオン成分が酸解離定数pKa(複数電離する酸については第1段階の酸解離定数pKa1)が0以上6.5以下の酸成分を電解質に対して50質量ppm以上10000質量ppm以下の濃度で含む。前記のスルホニルイミド化合物を含有する組成物は、高温でも優れた保存安定性(長期保管した場合でもスルホニルイミド化合物の分解反応等が抑制されるという特性)を有する。
 上記の目的を達成するために、この開示技術では、前記したアニオン成分添加により発現する効果を利用し、スルホニルイミド化合物を含有する溶液にアニオン成分を添加して当該溶液の熱安定性を向上させた状態で脱水して非水系溶媒に置換する操作を行うようにした。本開示は、具体的には以下のとおりである。
 本開示の組成物の製造方法は、電解質、非水系溶媒及びアニオン成分を含有する組成物を製造する方法であり、
 前記電解質は、一般式(1):
LiN(XSO)(FSO) (Xはフッ素原子、炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のフルオロアルキル基を示す。)  (1)で表されるスルホニルイミド化合物を含み、
 前記アニオン成分は、その共役酸の酸解離定数pKa(複数電離する酸については第1段階の酸解離定数pKa1)が0以上6.5以下であり、前記電解質に対して10000質量ppm以下の濃度で含まれており、
 前記電解質及び前記非水系溶媒を含有する溶液に前記アニオン成分を加えて脱水し、溶媒置換する脱水工程を含む。
 前記製造方法では、前記脱水工程において、前記アニオン成分を前記電解質に対して4000質量ppm以上の濃度で含んでいてもよい。また、前記脱水工程は、前記アニオン成分を前記電解質に対して1000質量ppm以上の濃度で追加する工程を含んでいてもよい。前記アニオン成分は、アミド硫酸成分、酢酸(カルボン酸)成分、炭酸成分及びリン酸成分からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。また、前記アニオン成分は、スルホン酸成分、スルフィン酸成分、カルボン酸成分、炭酸成分、リン酸成分及びホスホン酸成分、これらの誘導体、並びにこれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種であってもよい。前記アニオン成分は、アミド硫酸及びその塩、アミド硫酸誘導体及びその塩からなる群より選択される少なくとも1種を含み、前記アミド硫酸誘導体及びその塩は一般式(2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(一般式(2)中、R、Rは、H(水素原子)、ヒドロキシル基、または置換基を有していてもよい炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数6~16のアリール基、炭素数7~16のアラルキル基若しくは炭素数2~16のアルカノイル基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよく、RとRで環構造を形成していてもよい。R、Rは、H以外の上記基のとき、同一でもよく、異なっていてもよい(R、Rは、Hのとき、同一ではない(R及びRは同時にHではない))。Mは、H(水素原子)又は金属原子を表す。)
で表される化合物であってもよい。前記アニオン成分は、アミド硫酸及びアミド硫酸のアルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも1種を含むものでもよい。前記アニオン成分は、アミド硫酸アルカリ金属塩を含むものでもよい。前記非水系溶媒は鎖状カーボネート系溶媒を含むものでもよい。組成物の含水率が10000質量ppm以下であってもよい。前記脱水工程において、以下の数式:脱水効率=「組成物の目標とする含水率に到達するまでに要した非水系溶媒の総量」/「電解質の重量」により求められる脱水効率が80以下であってもよい。
 本開示の非水電解液は、前記の製造方法で得られた組成物を含む。
 本開示によれば、脱水して非水系溶媒に置換する効率に優れる組成物の製造方法及び当該組成物を含む非水電解液を提供することができる。
 以下、本実施の形態を詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
 [組成物の製造方法]
 本実施形態に係る組成物の製造方法は、調製工程と、脱水工程とを少なくとも含む。これら工程を経て、後述する電解質、非水系溶媒及びアニオン成分を含有する組成物が得られる。
 <調製工程>
 調製工程は、電解質と、水及び/又は非水系溶媒とを含有する溶液を調製する工程である。つまり、調製工程では、電解質及び水を含有する電解質水溶液を調製してもよく、電解質及び非水系溶媒を含有する電解質溶液を調製してもよく、電解質、水及び非水系溶媒を含有する含水電解質溶液を調製してもよい。以下、電解質水溶液、電解質溶液及び含水電解質溶液をまとめて「含水スルホニルイミド溶液」ともいう。このように、本実施形態に係る組成物の製造方法は、含水スルホニルイミド溶液を用いることを前提とする方法である。
 (電解質)
 電解質は、一般式(1):
 [化2]
  LiN(XSO)(FSO)   (1)
で表されるスルホニルイミド化合物(以下「スルホニルイミド化合物(1)」という、フッ素含有スルホニルイミド塩)を含む。
 スルホニルイミド化合物(1)は、本実施形態に係る製造方法で得られる組成物に含まれる電解質である。一般式(1)中、Xはフッ素原子、炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のフルオロアルキル基を示す。
 炭素数1~6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基が挙げられる。炭素数1~6のアルキル基の中では、炭素数1~6の直鎖状又は分枝鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1~6の直鎖状のアルキル基がより好ましい。
 炭素数1~6のフルオロアルキル基としては、炭素数1~6のアルキル基が有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されたものが挙げられる。炭素数1~6のフルオロアルキル基としては、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられる。特に、フルオロアルキル基は、パーフルオロアルキル基であってもよい。
 置換基Xとしては、フッ素原子及びパーフルオロアルキル基(例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等の炭素数1~6のパーフルオロアルキル基等)が好ましく、フッ素原子、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基がより好ましく、フッ素原子及びトリフルオロメチル基がより一層好ましく、フッ素原子がさらに好ましい。
 スルホニルイミド化合物(1)の具体例としては、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(FSO、LiFSI)、リチウム(フルオロスルホニル)(メチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(エチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(ヘプタフルオロプロピルスルホニル)イミド等が挙げられる。スルホニルイミド化合物は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 スルホニルイミド化合物(1)の中では、電池性能を向上させる観点から、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、及びリチウム(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドが好ましく、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドがより好ましい。換言すると、含水スルホニルイミド溶液の中では、スルホニルイミド化合物(1)がLiN(FSOを含むものが好ましい。
 スルホニルイミド化合物(1)は、市販品を使用してもよく、従来公知の方法により合成して得られたものを用いてもよい。スルホニルイミド化合物(1)を合成する方法は特に限定されず、従来公知の方法は全て採用することが出来る。例えば、国際公開第2011/149095号、特開2014-201453号公報、特開2010-168249号公報、特開2010-168308号公報、特開2010-189372号公報、国際公開第2011/065502号、特表平8-511274号公報、国際公開第2012/108284号、国際公開第2012/117961号、国際公開第2012/118063号、特開2010-280586号公報、特開2010-254543号公報、特開2007-182410号公報、国際公開第2010/010613号等に記載の方法が挙げられる。上記の従来公知の方法により、スルホニルイミド化合物(1)の粉体(固体)が得られる。
 スルホニルイミド化合物(1)は、本発明の目的を阻害しない範囲内で、スルホニルイミド化合物(1)の製造に用いた製造溶媒(上記の従来公知の製法で得られたスルホニルイミド化合物(1)に含まれている残留溶媒)を含んでいてもよい。残留溶媒とは、スルホニルイミド化合物(1)の製造反応に使用した溶媒や、精製工程に用いた溶媒などである。例えば、水;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒;蟻酸、酢酸等のカルボン酸系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン等のケトン類;イソブチロニトリル、アセトニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t-ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル等の脂肪族エーテル系溶媒;HF等のハロゲン系溶媒;ニトロメタン、ニトロベンゼン等のニトロ基含有溶媒;エチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等の含窒素有機溶媒;ジメチルスルホキシド;グライム系溶媒、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、ベンゼン、エチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、1,2,3-トリメチルベンゼン、1,2,4-トリメチルベンゼン、1,3,5-トリメチルベンゼン、テトラリン、シメン、メチルエチルベンゼン、2-エチルトルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、ウンデカン、トリデカン、デカリン、2,2,4,6,6-ペンタメチルヘプタン、イソパラフィン(例えば、「マルカゾールR」(丸善石油化学株式会社製の2,2,4,6,6-ペンタメチルヘプタン、2,2,4,4,6-ペンタメチルヘプタンの混合物)、「アイソパー(登録商標)G」(エクソンモービル製のC9-C11混合イソパラフィン)、「アイソパー(登録商標)E」(エクソンモービル製のC8-C10混合イソパラフィン)ジクロロメタン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン等の鎖状脂肪族炭化水素系溶媒;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、1,2-ジメチルシクロヘキサン、1,3-ジメチルシクロヘキサン、1,4-ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、1,2,4-トリメチルシクロヘキサン、1,3,5-トリメチルシクロヘキサン、プロピルシクロヘキサン、ブチルシクロヘキサン、「スワクリーン150」(丸善石油化学株式会社製のC9アルキルシクロヘキサンの混合物)等の環状脂肪族炭化水素系溶媒;アニソール、2-メチルアニソール、3-メチルアニソール、4-メチルアニソール等の芳香族エーテル系溶媒;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒;ジメトキシメタン、1,2-ジメトキシエタン等の鎖状エーテル系溶媒;テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキサン、4-メチル-1,3-ジオキソラン等の環状エーテル系溶媒;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等の環状エステル系溶媒;スルホラン、3-メチルスルホラン等のスルホラン系溶媒;N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチルオキサゾリジノン等が挙げられる。
 含水スルホニルイミド溶液におけるスルホニルイミド化合物(1)の含有量(2種類以上を併用する場合は含有量の合計)は、組成物の含水率を十分に低減する観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上である。また、当該含有量は、脱水効率を向上させる観点から、好ましくは40質量%以上、より好ましくは45質量%以上、さらに好ましくは50質量%以上、さらに一層好ましくは60質量%以上である。当該含有量の上限値は、組成物の含水率を十分に低減する観点から、好ましくは80質量%以下である。
 なお、本明細書において、脱水効率とは、後述する脱水工程において含水スルホニルイミド溶液を脱水して非水系溶媒に置換する効率を意味し、具体的には、後述の実施例で記載の方法により求めた数値に基づく脱水効率を意味する。
 (非水系溶媒)
 非水系溶媒は、電解質を溶解、分散できる溶媒(以下「電解液溶媒」ともいう)であれば特に限定されない。非水系溶媒としては、誘電率が大きく、電解質塩の溶解性が高く、常圧における沸点が60℃以上であり、且つ、電気化学的安定範囲が広い非水系溶媒が好適である。より好ましくは、含有水分量が低い有機溶媒である。このような有機溶媒としては、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、2,6-ジメチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、クラウンエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエ-テル、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソラン等のエーテル系溶媒;炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチルメチル(EMC)、炭酸ジエチル(DEC)、炭酸ジフェニル、炭酸メチルフェニル等の鎖状炭酸エステル(カーボネート)系溶媒;炭酸エチレン、炭酸プロピレン、2,3-ジメチル炭酸エチレン、炭酸1,2-ブチレン及びエリスリタンカーボネート等の飽和環状炭酸エステル系溶媒;炭酸ビニレン、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、2-ビニル炭酸エチレン及びフェニルエチレンカーボネート等の不飽和結合を有する環状炭酸エステル系溶媒;フルオロエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロエチレンカーボネート及びトリフルオロプロピレンカーボネート等のフッ素含有環状炭酸エステル系溶媒;安息香酸メチル、安息香酸エチル等の芳香族カルボン酸エステル系溶媒;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン等のラクトン系溶媒;リン酸トリメチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステル系溶媒;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、2-メチルグルタロニトリル、バレロニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル等のニトリル系溶媒;ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、スルホラン、3-メチルスルホラン、2,4-ジメチルスルホラン等の硫黄化合物系溶媒;ベンゾニトリル、トルニトリル等の芳香族ニトリル系溶媒;ニトロメタン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ジメチル-3,4,5,6-テトラヒドロ-2(1H)-ピリミジノン、3-メチル-2-オキサゾリジノン等;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸プロピル等の鎖状エステル系溶媒等が挙げられる。これら溶媒は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 非水系溶媒の中では、鎖状炭酸エステル系溶媒、環状炭酸エステル系溶媒等のカーボネート系溶媒、ラクトン系溶媒、エーテル系溶媒及び鎖状エステル系溶媒が好ましく、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、γ-ブチロラクトン及びγ-バレロラクトンがより好ましく、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等のカーボネート系溶媒がさらに好ましく、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等の鎖状カーボネート系溶媒がさらに一層好ましい。つまり、非水系溶媒は、カーボネート系溶媒を含むものが好ましく、カーボネート系溶媒が鎖状カーボネート系溶媒であるものがより好ましく、鎖状カーボネート系溶媒のみからなるものがさらに好ましい。
 調製工程において、含水スルホニルイミド溶液には、後述するアニオン成分が含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。含水スルホニルイミド溶液にアニオン成分が含まれる場合、アニオン成分の含有量は電解質に対して10000質量ppm以下であれば好ましく、7500質量ppm以下であればより好ましく、5500質量ppm以下であればより一層好ましく、4500質量ppm以下であればさらに好ましく、4000質量ppm以下であれば特に好ましい。
 (含水スルホニルイミド溶液の調製方法)
 含水スルホニルイミド溶液を調製する方法は、特に限定されず、スルホニルイミド化合物(1)の粉体(固体)を水及び/又は非水系溶媒に溶解する方法;水及び/又は非水系溶媒、LiOHやLiCO等のリチウム塩及びHFSI〔ビス(フルオロスルホニル)イミド〕を混合し反応させる方法等が挙げられる。HFSIのリチウム化反応としては、例えば、国際公開第2014-035464号等に記載の方法等が挙げられる。
 <脱水工程>
 脱水工程は、調製工程で得られた含水スルホニルイミド溶液に非水系溶媒を加えて、含水スルホニルイミド溶液に含まれる水と、添加した非水系溶媒とを共沸により除去して脱水し、添加した非水系溶媒に置換する工程である。なお、「含水スルホニルイミド溶液に含まれる水」とは、調製工程で使用される水の他に、スルホニルイミド化合物(1)や非水系溶媒等の原料に含まれる水分をいう。ここで、本実施形態に係る組成物の製造方法では、脱水して非水系溶媒に置換する操作の前に、含水スルホニルイミド溶液に非水系溶媒と共に、アニオン成分をさらに加える点に特徴を有する。つまり、脱水して非水系溶媒に置換する操作を行うための溶液(以下「脱水用含水スルホニルイミド溶液」ともいう)は、スルホニルイミド化合物(1)、水及び非水系溶媒に加えて、アニオン成分を含有する。なお、調製工程で得られた含水スルホニルイミド溶液が非水系溶媒を含有する電解質溶液又は含水電解質溶液(電解質水溶液以外)の場合、これら電解質溶液又は含水電解質溶液にアニオン成分を加えるときに、非水系溶媒を加えなくてもよい。つまり、電解質溶液又は含水電解質溶液にアニオン成分のみを加えて得られた溶液を脱水用含水スルホニルイミド溶液として用いてもよい。以上のように調製される脱水用含水スルホニルイミド溶液は、アニオン成分を含有するため、熱安定性に優れる。その結果、脱水用含水スルホニルイミド溶液を比較的高い温度で脱水して非水系溶媒に置換しても、LiFSIの分解が抑制される。また、アニオン成分添加により、脱水用含水スルホニルイミド溶液を脱水して非水系溶媒に置換する効率(脱水効率)も向上する。アニオン成分添加による有利な効果によって、脱水工程の操作の手間が軽減し、組成物の生産性が向上する。
 脱水用含水スルホニルイミド溶液におけるスルホニルイミド化合物(1)の含有量(2種類以上を併用する場合は含有量の合計)は、組成物の含水率を十分に低減する観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上である。また、当該含有量は、脱水効率を向上させる観点から、好ましくは40質量%以上、より好ましくは45質量%以上、さらに好ましくは50質量%以上である。当該含有量の上限値は、組成物の含水率を十分に低減する観点から、好ましくは60質量%以下である。
 (非水系溶媒)
 脱水工程において、必要に応じて、含水スルホニルイミド溶液に添加する非水系溶媒(以下「添加溶媒」ともいう)は、調製工程で用いられる非水系溶媒と同様の溶媒(電解液溶媒)を使用できる。含水スルホニルイミド溶液が非水系溶媒を含有する電解質溶液又は含水電解質溶液(電解質水溶液以外)の場合、添加溶媒は、調製工程で用いた非水系溶媒と同じあってもよく、異なっていてもよい。
 添加溶媒の中では、鎖状炭酸エステル(鎖状カーボネート)系溶媒、エーテル系溶媒、鎖状エステル系溶媒及びニトリル系溶媒が好ましく、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸プロピル、アセトニトリル、プロピオニトリル、バレロニトリル、ブチロニトリル及びイソブチロニトリルがより好ましく、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル等の鎖状カーボネート系溶媒がさらに好ましい。つまり、非水系溶媒は、鎖状カーボネート系溶媒を含むものが好ましく、鎖状カーボネート系溶媒のみからなるものがより好ましい。
 なお、本開示の製造方法では、調製工程で得られた含水スルホニルイミド溶液を原料として使用するため、添加溶媒は「完全に」非水である必要はなく、含水していてもよい。なお、添加溶媒の含水率の上限は、飽和含水率以下であればよく、好ましくは1000質量ppm以下、より好ましくは500質量ppm以下である。
 添加溶媒の添加量(使用量)の総量は、下限については特に制限はなく、スルホニルイミド化合物(1)中の残留溶媒の種類や量などにより適宜調整すればよい。例えば、スルホニルイミド化合物(1)100gに対して、好ましくは10000g以下、より好ましくは1000g以下、より一層好ましくは500g以下、さらに好ましくは200g以下である。
 また、添加溶媒の添加量(使用量)の総量は、例えば、スルホニルイミド化合物(1)100質量部に対して、好ましくは1~1000質量部、より好ましくは5~500質量部、より一層好ましくは10~300質量部、さらに好ましくは30~200質量部である。
 (アニオン成分)
 脱水工程において、含水スルホニルイミド溶液に添加するアニオン成分(以下「添加アニオン成分」ともいう)は、その共役酸の酸解離定数pKa(複数電離する酸については第1段階の酸解離定数pKa1)(温度:室温(25℃)、溶媒:水)が0以上6.5以下の酸成分(以下「特定の酸成分」ともいう)である。アニオン成分添加により、脱水用含水スルホニルイミド溶液は、比較的高温(例えば50℃以上)でもLiFSIの分解が抑制され、熱安定性に優れる。そして、脱水工程後に得られる組成物は、特定の酸成分を含有するため、熱安定性が向上する。
 なお、本明細書において、アニオン成分とは、溶液中でイオン解離することでアニオンとなり得る特定の酸(例えば、後述するアミド硫酸)やその塩(例えば、後述するアミド硫酸リチウム)等の特定の酸成分における部分構造(上記例の場合、アミド硫酸イオン)をいう。また、共役酸のpKaとは、例えば、アニオン(A)が1価数の場合は「HA」のpKa、2価数の場合は「HA」の第1解離定数pKa1をいう。
 特定の酸成分は、スルホニルイミド化合物(1)の分解により生じる硫酸(pKa1=-3)成分等よりもpKa(pKa1)が大きい。特定の酸成分としては、アミド硫酸(pKa=1)成分、酢酸(pKa=4.8)成分、炭酸(pKa1=6.1)成分、リン酸(pKa1=1.8)成分等が挙げられる
(https://organicchemistrydata.org/hansreich/resources/pka/pka_data/pka-compilation-williams.pdf)。特定の酸成分は、それぞれ単独で用いてもよく(含んでいてもよく)、2種類以上を併用してもよい(組み合わせて含んでいてもよい)。具体的には、特定の酸成分(アニオン成分)は、アミド硫酸成分、酢酸(カルボン酸)成分、炭酸成分及びリン酸成分からなる群より選択される少なくとも1種である。また、特定の酸成分(アニオン成分)は、スルホン酸成分、スルフィン酸成分、カルボン酸成分、炭酸成分、リン酸成分及びホスホン酸成分;これらの誘導体;並びにこれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種である。2種類以上のアニオン成分を併用する場合、同一のアニオン成分から複数選択してもよく、異なる種類のアニオン成分を複数組み合わせてもよい。なお、特定の酸成分は、溶液中において、その構造は特に限定されず、イオンの形態で存在(含有)していてもよく(溶解していなくてもよく)、溶解していてもよい。
 [スルホン酸成分]
 スルホン酸成分は、スルホン酸基(スルホ基、-SOH)を有する化合物をいい、例えば、アミド硫酸(アミドスルホン酸)成分、ヘテロ原子含有アルキルスルホン酸成分、ヘテロ原子含有アルキレンジスルホン酸等が挙げられる。
 〔アミド硫酸成分〕
 アミド硫酸成分(アミド硫酸化合物、アミド硫酸系化合物、アミド硫酸類)としては、アミド硫酸(スルファミン酸)、アミド硫酸誘導体、及びこれらの塩等が挙げられる。
 アミド硫酸成分の構造は、特に限定されず、例えば、中性型(HNSO(OH)、HN=SO(OH)等)でもよく、双性イオン型(HSO 、H=SO(OH)O等)でもよく、これらをいずれも含む構造でもよい。
 アミド硫酸誘導体としては、N-置換アミド硫酸(N-置換スルファミン酸等)が含まれる。
 このようなアミド硫酸誘導体(及びその塩)は、一般式(2)で表される化合物(N-置換アミド硫酸及びその塩)でもよい。なお、一般式(2)は、中性型(RNSO(OM))として表しているが、双性イオン型でもよく、これらをいずれも含んでいてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 一般式(2)中、R、Rは、
・H(水素原子)、
・ヒドロキシル基、又は
・置換基を有していてもよい炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数6~16のアリール基、炭素数7~16のアラルキル基若しくは炭素数2~16のアルカノイル基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよく、RとRで環構造を形成していてもよい。R、Rは、H以外の上記基のとき、同一でもよく、異なっていてもよい(R、Rは、Hのとき、同一ではない(R及びRは同時にHではない))。Mは、H(水素原子)又は金属原子を表す。
 一般式(2)において、炭素数1~10のアルキル基としては、メチル基等が挙げられる。炭素数3~10のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基等が挙げられる。炭素数6~16のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。炭素数7~16のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。炭素数2~16のアルカノイル基としては、ベンゾイル基等挙げられる。
 これらは、ヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子等)を含む基であってもよい。このような基としては、炭素原子の一部がヘテロ原子に置換した基、チオシクロアルキル基(チエパン、チオカン、チエタン、チアン、ジチアン等のチオシクロアルカンに対応する基)等が挙げられる。
 また、これらの基に置換する置換基としては、ヒドロキシル基、ハロゲン原子、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アシル基等が挙げられるが特に限定されない。これらは単独で又は2種以上組み合わせて置換していてもよい。
 金属原子としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属原子;マグネシウム、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属原子;アルミニウム等が挙げられる。
 具体的なアミド硫酸誘導体及びその塩[N-置換アミド硫酸及びその塩(又は前記式(2)で表される化合物)]としては、N-ヒドロキシアミド硫酸;N-モノ又はジアルキルアミド硫酸[N-メチルアミド硫酸、N-エチルアミド硫酸、N-(1-メチルプロピル)アミド硫酸、N-(2-メチルブチル)アミド硫酸、N-(2,2-ジメチルプロピル)アミド硫酸、N,N-ジエチルアミド硫酸、N-(3-ヒドロキシプロピル)アミド硫酸、N-メチル-N-(2,3-ジヒドロキシプロピル)アミド硫酸、N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)アミド硫酸、N-(2,3-ジヒドロキシプロピル)アミド硫酸、N-(3-メトキシ-4-メチルフェニル)アミド硫酸、N-メチル-N-(2-ヒドロキシ-3-クロロプロピル)アミド硫酸、N-(2-ヒドロキシ-3-クロロプロピル)アミド硫酸、N-エチル-N-(2-ヒドロキシ-3-クロロプロピル)アミド硫酸等];N-モノ又はジシクロアルキルアミド硫酸(N-シクロヘキシルアミド硫酸、N,N-ジシクロヘキシルアミド硫酸等);N-モノ又はジアリールアミド硫酸[N-フェニルアミド硫酸、N-ナフチルアミド硫酸、N-ヒドロキシ-N-(2-ヒドロキシ-1-ナフチル)アミド硫酸、N-(4-ブロモフェニル)アミド硫酸等];N-モノ又はジアラルキルアミド硫酸[N-ベンジルアミド硫酸、N-(β-メチルフェネチル)アミド硫酸等];N-アルキル-N-アリールアミド硫酸(N-エチル-N-フェニルアミド硫酸等);N-モノ又はジアシルアミド硫酸[N-ベンゾイルアミド硫酸、N-(3-クロロアラニル)アミド硫酸、N-(3-クロロ-3-メチルアラニル)アミド硫酸等];N-チオシクロアルキルアミド硫酸[N-(チエパン-4-イル)アミド硫酸、N-チオカン-4-イルアミド硫酸、チオカン-5-イルアミド硫酸、N-チエタン-3-イルアミド硫酸、N-1,3-ジチアン-5-イルアミド硫酸、N-(チアン-3-イル)アミド硫酸、N-(チオラン-3-イル)アミド硫酸等];及びこれらの塩等が挙げられる。アミド硫酸誘導体及びその塩は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 アミド硫酸成分の塩としては、特に限定されず、例えば、アミド硫酸やアミド硫酸誘導体を塩基及び酸のいずれとする塩でもよく、通常、アミド硫酸やアミド硫酸誘導体を酸とする塩(アミド硫酸やアミド硫酸誘導体と塩基との塩)でもよい。
 具体的な塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩;マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩、アルミニウム塩等の金属塩等が挙げられる。これらの中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(アミド硫酸リチウム等)を使用してもよい。
 アミド硫酸成分は、アミド硫酸及びその塩(アルカリ金属塩)、アミド硫酸誘導体及びその塩(アルカリ金属塩)からなる群より選択される少なくとも1種を含むものが好ましく、アミド硫酸及びアミド硫酸アルカリ金属塩(例えばアミド硫酸リチウム等)からなる群より選択される少なくとも1種を含むものがより好ましく、アミド硫酸アルカリ金属塩を含むものがさらに好ましい。
 〔ヘテロ原子含有アルキルスルホン酸成分〕
 ヘテロ原子含有アルキルスルホン酸成分としては特に限定されず、一般式(4):
 [化4]
  R-SO(OM)   (4)
で表される化合物等が挙げられる。一般式(4)中、Rはヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子等)を含む炭素数1~6のアルキル基を表す。Mは、前記と同じ。
 ヘテロ原子含有アルキルスルホン酸成分の具体例としては、イセチオン酸(R:COH、pKa:1.4)、3-ヒドロキシプロパンスルホン酸(R:COH、pKa:1.7)、タウリン(2-アミノエタンスルホン酸、R:CNH、pKa:0.5)、2-メルカプトエタンスルホン酸(R:CSH、pKa:1.5);及びこれらの塩等が挙げられる。ヘテロ原子含有アルキルスルホン酸成分は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 ヘテロ原子含有アルキルスルホン酸成分の塩の中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(ヘテロ原子含有アルキルスルホン酸リチウム等)を使用してもよい。
 〔ヘテロ原子含有アルキレンジスルホン酸成分〕
 ヘテロ原子含有アルキレンジスルホン酸成分としては特に限定されず、一般式(5):
 [化5]
  (MO)SO-R-SO(OM)   (5)
で表される化合物等が挙げられる。一般式(5)中、Rはヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子等)を含む炭素数1~6のアルキレン基を表す。Mは、前記と同じ。
 ヘテロ原子含有アルキレンジスルホン酸成分の具体例としては、一般式(5a):
 [化6]
  (HO)SO-CHSCH-SO(OH)   (5a)
で表される化合物(pKa:0.2)、一般式(5b):
 [化7]
  (HO)SO-CHOCH-SO(OH)   (5b)
で表される化合物(pKa:0.2);及びこれらの塩等が挙げられる。ヘテロ原子含有アルキレンジスルホン酸成分は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 ヘテロ原子含有アルキレンジスルホン酸成分の塩の中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(ヘテロ原子含有アルキレンジスルホン酸リチウム等)を使用してもよい。
 [スルフィン酸成分]
 スルフィン酸成分は、-SOH基を有する化合物をいい、例えば一般式(6):
 [化8]
  R-SO(OM)   (6)
で表される化合物等が挙げられる。一般式(6)中、Rはヒドロキシ基、置換基としてハロゲン原子を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基(ハロゲン化アルキル基)又は炭素数6~16のアリール基を表す。炭素数6~16のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられる。Mは、前記と同じ。
 スルフィン酸成分の具体例としては、亜硫酸(R:OH、pKa:1.9)、p-トルエンスルフィン酸(R:(CH)C(p-トリル基)、pKa:2.0)、トリフルオロメタンスルフィン酸(R:CF、pKa:2.1);及びこれらの塩等が挙げられる。スルフィン酸成分は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 スルフィン酸成分の塩の中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(スルフィン酸リチウム等)を使用してもよい。
 [酢酸(カルボン酸)成分]
 酢酸成分として代表されるカルボン酸及びその塩は、一般式(3)で表される化合物でもよい。
 [化9]
  RCOOM   (3)
 一般式(3)中、RはH(水素原子)、置換基を有していてもよい、炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数6~16のアリール基、炭素数7~16のアラルキル基、炭素数2~16のアルカノイル基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。Mは、前記と同じ。
 一般式(3)において、炭素数1~10のアルキル基としては、メチル基等が挙げられる。炭素数3~10のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基等が挙げられる。炭素数6~16のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。炭素数7~16のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。炭素数2~16のアルカノイル基としては、ベンゾイル基等挙げられる。
 これらは、ヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子等)を含む基であってもよい。このような基としては、炭素原子の一部がヘテロ原子に置換した基、チオシクロアルキル基(チエパン、チオカン、チエタン、チアン、ジチアン等のチオシクロアルカンに対応する基)等が挙げられる。
 また、これらの基に置換する置換基としては、ヒドロキシル基、ハロゲン原子、アミノ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アシル基等が挙げられるが特に限定されない。これらは単独で又は2種以上組み合わせて置換していてもよい。
 具体的なカルボン酸及びその塩(又は前記一般式(3)で表される化合物)としては、飽和脂肪酸(ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等)、不飽和脂肪酸(リノレン酸、リノール酸、オレイン酸等)、ヒドロキシ酸(乳酸、クエン酸、サリチル酸等)、ジカルボン酸(シュウ酸、酒石酸、フタル酸、イタコン酸、マレイン酸等)、アミノ酸(グリシン、アラニン等)、及びこれらの塩等が挙げられる。より具体的には、アルキルモノカルボン酸及びその塩としては、酢酸、トリフルオロ酢酸;及びこれらの塩等が挙げられる。アルキルジカルボン酸及びその塩としては、マロン酸、マレイン酸、コハク酸;及びこれらの塩等が挙げられる。芳香族カルボン酸及びその塩としては、安息香酸、サリチル酸;及びこれらの塩等が挙げられる。芳香族ジカルボン酸及びその塩としては、フタル酸、マレイン酸;及びこれらの塩等が挙げられる。カルボン酸及びその塩は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 具体的な塩としては、アルカリ金属塩(リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等)、アルカリ土類金属塩(マグネシウム塩、カルシウム塩、バリウム塩等)、アルミニウム塩等が挙げられる。これらの中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(酢酸リチウム等)を使用してもよい。
 [炭酸成分]
 炭酸成分としては特に限定されず、炭酸塩、炭酸水素塩等が挙げられる。炭酸成分は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 具体的な塩としては、アルカリ金属塩(リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、ルビジウム塩、セシウム塩等)、アルカリ土類金属塩(ベリリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等)等が挙げられる。これらの中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(炭酸リチウム等)を使用してもよい。
 [リン酸成分]
 リン酸成分としては特に限定されず、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩等の各種リン酸塩;リン酸エステル成分等が挙げられる。リン酸成分は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 具体的な塩としては、アルカリ金属塩(リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、ルビジウム塩、セシウム塩等)、アルカリ土類金属塩(ベリリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等)等が挙げられる。これらの中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(リン酸リチウム等)を使用してもよい。
 [リン酸エステル成分]
 リン酸エステル成分としては特に限定されず、一般式(7):
 [化10]
  RO-PO(OM)   (7)
で表されるリン酸モノエステル成分、一般式(8):
 [化11]
  (RO)-PO(OM)   (8)
で表されるリン酸ジエステル成分等が挙げられる。一般式(7)及び(8)中、Rは置換基としてハロゲン原子を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基(ハロゲン化アルキル基)又は炭素数6~16のアリール基を表す。炭素数6~16のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられる。一般式(8)において、2つのRで環構造を形成していてもよい。Mは、前記と同じ。一般式(7)において、2つのMは、同一(共に、H(水素原子)又は金属原子)でもよく、異なっていてもよい。
 リン酸モノエステル成分の具体例としては、モノメチルリン酸(R:メチル基、pKa:1.8);及びこれらの塩等が挙げられる。リン酸ジエステル成分の具体例としては、式(8a):
 [化12]
  (CFO)-PO(OH)   (8a)
で表される化合物(R:CF、pKa:0.6)、式(8b):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
で表される化合物(R:CH、pKa:1.2);及びこれらの塩等が挙げられる。リン酸エステル成分は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 リン酸エステル成分の塩の中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(リン酸エステルリチウム等)を使用してもよい。
 [ホスホン酸成分]
 ホスホン酸成分としては特に限定されず、一般式(9):
 [化14]
  R-PO(OM)   (9)
で表される化合物等が挙げられる。一般式(9)中、Rは置換基としてハロゲン原子を有していてもよい炭素数1~6のアルキル基(ハロゲン化アルキル基)、炭素数6~16のアリール基、ハロゲン原子又は水素原子を表す。炭素数6~16のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられる。Mは、前記と同じ。2つのMは、同一(共に、H(水素原子)又は金属原子)でもよく、異なっていてもよい。
 ホスホン酸成分の具体例としては、メチルホスホン酸(R:メチル基、pKa:2.4)、トリフルオロメタンホスホン酸(R:CF、pKa:1.2)、亜リン酸(phosphorous acid/phosphite、R:H、pKa:1.3);及びこれらの塩等が挙げられる。これら塩の中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(ホスホン酸リチウム等)を使用してもよい。ホスホン酸成分は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 ホスホン酸成分の塩の中では、アルカリ金属塩が好ましく、リチウム塩がより好ましい。また、塩は、組み合わせる電解質のカチオンに対応する塩でもよい。例えば、電解質としてリチウム塩を使用する場合、リチウム塩(ホスホン酸リチウム等)を使用してもよい。
 添加アニオン成分の中では、脱水用含水スルホニルイミド溶液の熱安定性を向上させて、脱水効率を向上させる観点から、スルホン酸成分、炭酸成分及びリン酸成分が好ましく、スルホン酸成分及び炭酸成分がより好ましい。スルホン酸成分の中では、アミド硫酸成分及びヘテロ原子含有アルキルスルホン酸成分が好ましい。また、アニオン成分を複数使用する場合、スルホン酸成分(アミド硫酸成分又はヘテロ原子含有アルキルスルホン酸成分)及び炭酸成分の組み合わせが好ましく、アミド硫酸成分及び炭酸成分の組み合わせがより好ましい。
 添加アニオン成分(特定の酸成分)の添加量(2種類以上を併用する場合は添加量の合計)は、電解質(スルホニルイミド化合物(1))に対して、脱水用含水スルホニルイミド溶液の熱安定性を向上させて、脱水効率を向上させる観点から、好ましくは1000質量ppm以上、より好ましくは2000質量ppm以上、さらに好ましくは4000質量ppm以上である。また、当該添加量の上限値は、好ましくは30000質量ppm以下、より好ましくは25000質量ppm以下、さらに好ましくは10000質量ppm以下である。なお、前記の添加アニオン成分の添加量は、脱水工程において含水スルホニルイミド溶液に意図的に添加するアニオン成分の添加量をいう。つまり、脱水工程は、添加アニオン成分を前記の濃度(例えば、電解質に対して1000質量ppm以上の濃度)で追加(含水スルホニルイミド溶液又は脱水用含水スルホニルイミド溶液に添加)する工程を含んでいてもよい。
 脱水工程において、脱水用含水スルホニルイミド溶液中のアニオン成分(特定の酸成分)濃度(2種類以上を併用する場合は濃度の合計)は、電解質に対して、好ましくは4000質量ppm以上、より好ましくは5000質量ppm以上、より一層好ましくは8000質量ppm以上、さらに好ましくは10000質量ppm以上、さらに一層好ましくは20000質量ppm以上である。なお、前記のアニオン成分濃度は、脱水工程において、前記のアニオン成分の添加量ではなく、存在するアニオン成分量(脱水用含水スルホニルイミド溶液中に含まれるアニオン成分の含有量)をいう。
 なお、特定の酸成分が塩(酸やその誘導体の塩)である場合、前記の添加量は塩でない形態(又はフリー体、例えば、酸、酸誘導体)換算での割合でもよい。また、上述の酸やその誘導体の塩は、市販品を使用してもよく、製造したものを使用してもよい。
 (脱水方法)
 含水スルホニルイミド溶液を脱水する方法は特に限定されず、例えば、含水スルホニルイミド溶液に非水系溶媒及びアニオン成分を加えた脱水用含水スルホニルイミド溶液を単蒸留、フラッシュ蒸留、連続蒸留等の蒸留方法によって脱水する方法等が挙げられる。
 このとき、脱水用含水スルホニルイミド溶液に含まれる水と、添加した非水系溶媒とを共沸留出した留出液のうち、除去する留出液と同じ量の非水系溶媒を連続して添加してもよく;留出液を相分離して、水相を除去する一方、有機相(非水系溶媒を含む相)を還流させてもよい。有機相を還流させる場合、還流液は分留管(蒸留塔、カラム等)に戻してもよく、脱水用含水スルホニルイミド溶液を含む蒸留ボトム液に戻してもよい。また、還流液は別途脱水操作を施した後に、蒸留装置(分留管及び蒸留ボトム液の何れでも構わない)に戻してもよい。なお、脱水操作としては、モレキュラーシーブ等の脱水剤の使用等が挙げられる。
 留出液を相分離する際の温度は特に限定されず、使用する非水系溶媒によって適宜調整すればよく、例えば-20℃~100℃の温度範囲で実施すればよく、好ましくは0℃~60℃、より好ましくは10℃~40℃である。
 また、共沸留出した留出液のうち、使用する非水系溶媒の種類によって還流させる有機相と除去する水相の位置関係が変化することがある。例えば、非水系溶媒として酢酸ブチルを使用した場合は有機相が上部に、炭酸ジメチルを使用した場合は有機相が下部に位置する。これに併せて蒸留装置は適宜選択すればよい。
 さらに、系外へと除去する廃棄水相には非水系溶媒が少なからず含有している。経済的な観点や資源再利用の観点から、廃棄水相から非水系溶媒を回収し、再利用することは付加価値が高い。そのため、本開示の製造方法では、脱水工程後に、廃棄された水相から非水系溶媒を回収する回収工程を含んでいてもよい。廃棄水相から非水系溶媒を回収する方法は特に限定されず、一例として廃棄水相を蒸留処理する方法等が挙げられる。
 以上の操作により、脱水用含水スルホニルイミド溶液が脱水されて、添加した非水系溶媒及びアニオン成分を含有する組成物が得られる。このように、脱水工程は、含水スルホニルイミド溶液中の水を非水系溶媒に置換する工程といえる。
 脱水工程は、常圧下及び減圧下の何れでも実施できる(脱水工程中に常圧下と減圧下とを組み合わせて実施してもよい)が、熱によるスルホニルイミド化合物(1)の分解を抑制する観点から、減圧下で実施(減圧脱水)するのが好ましい。減圧度はスルホニルイミド化合物(1)濃度、非水系溶媒の種類や量等に応じて適宜調整すればよく特に限定はされないが、例えば、好ましくは200kPa以下、より好ましくは40kPa以下、さらに好ましくは15kPa以下、特に好ましくは10kPa以下である。また、減圧度の下限値は、5kPa超過である。
 また、脱水工程における減圧度は、脱水工程中、一定でもよく、前記の範囲で変化させてもよい。
 脱水工程における加熱温度(脱水中に推移する容器内温)は、減圧度、非水系溶媒の種類や量等に応じて適宜調整すればよく特に限定はされないが、脱水効率を向上させる観点から、例えば、好ましくは20~110℃、より好ましくは30~100℃である。本開示の製造方法によれば、脱水用含水スルホニルイミド溶液は、アニオン成分添加により熱安定性が改善されているため、脱水中に当該溶液を50℃以上に加熱しても、スルホニルイミド化合物(1)の加水分解が抑制される。つまり、脱水効率の向上を図るために、前記の加熱温度の下限値を50℃以上に設定してもよい。
 また、脱水工程における加熱温度は、脱水工程中、一定でもよく、前記の範囲で変化させてもよい。例えば、前記の範囲内であれば、徐々に昇温させてもよい。
 加熱方法は、特に限定されず、例えば、脱水用含水スルホニルイミド溶液を投入したフラスコ等の容器をオイルバスに浸漬させた状態でオイルバス温度を昇温することで、容器内温(加熱温度に相当)を昇温する方法等が挙げられる。
 脱水操作中のフラスコ内温とオイルバス温度との温度差(Δt)は、脱水効率を向上させる観点から、5~40℃で推移させることが好ましく、10~40℃で推移させることがより好ましく、20~40℃で推移させることがさらに好ましく、30~40℃で推移させることがさらに一層好ましい。
 脱水工程における処理時間は、減圧度、加熱温度、非水系溶媒の種類や量等に応じて適宜調整すればよく特に限定はされないが、例えば、好ましくは1~40時間、より好ましくは2~35時間、さらに好ましくは5~30時間である。
 脱水工程に用いる減圧及び/又は加熱が行える装置としては、溶液量、減圧度、加熱温度等に応じて適宜選択すればよい。例えば、槽型反応器、減圧可能な槽型反応器等が挙げられる。
 (脱水効率)
 脱水工程における脱水効率として、本実施形態に係る組成物の製造方法では、後述の脱水効率を定量化する方法及び実施例で記載の方法により求めた脱水効率により特定される。脱水工程における脱水効率は、好ましくは80以下、より好ましくは60以下、さらに好ましくは50以下、さら一層好ましくは30以下である。
 脱水効率を定量化する方法として、例えば、以下の数式(1)に記載のとおり、「組成物の目標とする含水率(例えば50質量ppm以下)に到達するまでに要した非水系溶媒の総量(全体の重量)」を、「電解質の重量」で除した値を用いて定量化する方法等が挙げられる。なお、数式(1)中の「非水系溶媒の総量」とは、脱水工程において、含水スルホニルイミド溶液に添加する非水系溶媒(添加溶媒)の添加量の合計をいう。また、「非水系溶媒の総量」は、単蒸留については系中に添加した溶媒の総量でよく、連続蒸留については反応器/蒸留缶(蒸留装置)から蒸発した蒸気の総量(以下「総上昇蒸気量」ともいう)で計算できる。数式(1)中の「電解質の重量」とは、調製工程において、使用する電解質の重量(含水スルホニルイミド溶液に含まれる電解質の重量)をいう。なお、複数の電解質を使用する場合、「電解質の重量」は各電解質の重量の合計である。
[数1]
・脱水効率=「組成物の目標とする含水率に到達するまでに要した非水系溶媒の総量」/「電解質の重量」   (1)
 <その他の工程>
 組成物の製造方法は、本発明の目的を阻害しない範囲内で、その他の工程を含んでいてもよい。その他の工程としては、前記の回収工程の他、ろ過、カラム精製、活性炭処理、モレキュラーシーブ処理等が挙げられる。
 以上のように構成される本実施形態に係る製造方法では、スルホニルイミド化合物(1)と、水及び/又は非水系溶媒(電解液溶媒)とを含有する含水スルホニルイミド溶液を調製し、当該溶液にアニオン成分、必要に応じて非水系溶媒を加えた脱水用含水スルホニルイミド溶液を脱水するという工程(操作)を経て、電解質としてスルホニルイミド化合物(1)、非水系溶媒及びアニオン成分を含有する組成物が得られる。この製造方法によれば、アニオン成分添加により脱水用含水スルホニルイミド溶液の熱安定性が高いため、比較的高い温度(例えば50℃以上)での脱水操作が可能となり、脱水効率に優れ、生産性も向上する。また、得られる組成物は、含水率が十分に低いだけでなく、熱安定性にも優れる。
 [組成物]
 (電解質)
 組成物における(組成物に含まれる成分の総量100質量%に対する)スルホニルイミド化合物(1)の含有量(2種類以上を併用する場合は含有量の合計)は、組成物を幅広い電解液組成に適用する観点から、好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは35質量%以上である。当該含有量の上限値は、高温でも組成物の保存安定性を向上する観点から、好ましくは60質量%以下、より好ましくは55質量%以下である。
 組成物は、スルホニルイミド化合物(1)を含んでいればよいが、他の電解質(スルホニルイミド化合物(1)以外の電解質)を含んでいてもよい。他の電解質は、組成物に混合してもよく、組成物の製造工程において含水スルホニルイミド溶液及び/又は脱水用含水スルホニルイミド溶液に混合してもよい。他の電解質としては、イミド塩、非イミド塩等が挙げられる。
 イミド塩としては、スルホニルイミド化合物(1)とは異なる他のフッ素含有スルホニルイミド塩(以下「他のスルホニルイミド化合物」という)等が挙げられる。他のスルホニルイミド化合物としては、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiN(CFSO、以下「LiTFSI」ともいう);リチウムビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド;リチウムビス(ヘプタフルオロプロピルスルホニル)イミド;スルホニルイミド化合物(1)として列挙したフッ素含有スルホニルイミドの非リチウム塩(例えば、スルホニルイミド化合物(1)において、リチウム(イオン)をリチウムイオン以外のカチオンに置換した塩)等が挙げられる。リチウムイオン以外のカチオンに置換した塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、ルビジウム塩、セシウム塩等のアルカリ金属塩;ベリリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩;アルミニウム塩;アンモニウム塩;ホスホニウム塩等が挙げられる。他のスルホニルイミド化合物は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。また、他のスルホニルイミド化合物は、市販品を使用してもよく、従来公知の方法により合成して得られたものを用いてもよい。
 非イミド塩としては、非イミド系アニオンとカチオン(リチウムイオン及び前記例示のカチオン)との塩が挙げられる。非イミド塩としては、LiPF、LiPF(CF、LiPF(C、LiPF(C、LiPF(C等のフルオロリン酸化合物;LiBF、LiBF(CF、LiBF(C、LiBF(C等のフルオロホウ酸化合物、六フッ化砒酸リチウム(LiAsF)、LiSbF、LiClO、LiSCN、LiAlF、CFSOLi、LiC[(CFSO]、LiN(NO)、LiN[(CN)等のリチウム塩;非リチウム塩(例えば、これらのリチウム塩において、リチウム(イオン)を前記例示のカチオンに置換した塩(例えば、NaBF、NaPF、NaPF(CF等)等が挙げられる。非イミド塩は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。また、非イミド塩は、市販品を使用してもよく、従来公知の方法により合成して得られたものを用いてもよい。
 なお、これらの電解質(スルホニルイミド化合物(1)、他の電解質等)は、組成物中において、イオンの形態で存在(含有)していてもよい。
 (非水系溶媒)
 非水系溶媒は、カーボネート系溶媒を含むことが好ましく、鎖状カーボネート系溶媒を含むことがより好ましく、鎖状カーボネート系溶媒のみからなることが特に好ましい。
 非水系溶媒全体に対するカーボネート系溶媒(好ましくは鎖状カーボネート系溶媒)の割合は、特に限定されず、10体積%以上、20体積%以上、30体積%以上、40体積%以上、50体積%以上、60体積%以上、70体積%以上、80体積%以上、90体積%以上、95体積%以上、99体積%以上でもよく、100体積%(実質的にカーボネート系溶媒のみ(好ましくは実質的に鎖状カーボネート系溶媒のみ))でもよい。
 (アニオン成分)
 アニオン成分(特定の酸成分)の濃度は、電解質(スルホニルイミド化合物(1))に対して10000質量ppm(1質量%)以下である。具体的には、アニオン成分(特定の酸成分)の濃度は、電解質(スルホニルイミド化合物(1))に対して、高温でも組成物の保存安定性を向上する観点から、好ましくは50質量ppm以上、より好ましくは60質量ppm以上である。また、当該濃度の上限値は、10000質量ppm以下、好ましくは8000質量ppm以下、より好ましくは6000質量ppm以下、さらに好ましくは4000質量ppm以下、さらに一層好ましくは2000質量ppm以下である。なお、非水系溶媒に含まれるカーボネート系溶媒が鎖状カーボネート系溶媒のみからなる場合又は非水系溶媒自体が鎖状カーボネート系溶媒のみからなる場合、特定の酸成分の濃度が比較的低くても高温での組成物の保存安定性が向上する。この場合、特定の酸成分の濃度における上限値は、好ましくは1000質量ppm以下、より好ましくは500質量ppm以下、さらに好ましくは400質量ppm以下である。
 なお、特定の酸成分が塩(酸やその誘導体の塩)である場合、前記の濃度は塩でない形態(又はフリー体、例えば、酸、酸誘導体)換算での割合でもよい。
 (添加剤)
 組成物は、リチウムイオン二次電池の各種特性の向上を目的とする添加剤を含んでいてもよい。添加剤は、組成物に添加してもよく、組成物の製造工程において含水スルホニルイミド溶液及び/又は脱水用含水スルホニルイミド溶液に添加してもよい。添加剤としては、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、フェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;エチレンサルファイト、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブサルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、テトラメチルチウラムモノスルフィド、トリメチレングリコール硫酸エステル等の含硫黄化合物;1-メチル-2-ピロリジノン、1-メチル-2-ピペリドン、3-メチル-2-オキサゾリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N-メチルスクシンイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、シクロヘプタン等の飽和炭化水素化合物;ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、トリフルオロプロピレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート及びエリスリタンカーボネート等のカーボネート化合物;スルファミン酸(アミド硫酸、HNSO);スルファミン酸塩(リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩;カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩;マンガン塩、銅塩、亜鉛塩、鉄塩、コバルト塩、ニッケル塩等の他の金属塩;アンモニウム塩;グアニジン塩等);フルオロスルホン酸リチウム(LiFSO)、フルオロスルホン酸ナトリウム(NaFSO)、フルオロスルホン酸カリウム(KFSO)、フルオロスルホン酸マグネシウム(Mg(FSO)等のフルオロスルホン酸化合物;モノフルオロリン酸リチウム(LiPOF)、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO)等のフルオロリン酸化合物;リチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)、リチウムジフルオロオキサラトボレート(LiDFOB)、リチウムジフルオロオキサラトホスファナイト(LIDFOP)、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェート(LITFOP)、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート(LiDFOP)、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート等のシュウ酸骨格を有するリチウム塩等のフルオロオキサラト化合物等が挙げられる。これら添加剤は、それぞれ単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
 (水分濃度)
 組成物の含水率(水分濃度、含水量)は、組成物の保存安定性を向上させる観点から、好ましくは10000質量ppm以下であり、より好ましくは3000質量ppm、1000質量ppm、900質量ppm、800質量ppm、700質量ppm、600質量ppm、500質量ppm、400質量ppm、300質量ppm、200質量ppm、100質量ppm、50質量ppmでもよい。組成物の含水率は、低いほど好ましく、検出限界以下でもよく、水を実質的に含んでいなくてもよい(0質量ppm)。水分濃度は、後述の実施例で記載の方法、例えばカールフィッシャー水分測定装置等を用いて測定できる。
 なお、組成物は、水分を、0.1質量ppm以上、0.3質量ppm以上、0.5質量ppm以上、0.7質量ppm以上、0.8質量ppm以上、1質量ppm以上、1.5質量ppm以上、2質量ppm以上、3質量ppm以上、5質量ppm以上、7質量ppm以上、10質量ppm以上の濃度で含んでいてもよい。
 (不純物濃度)
 組成物におけるフッ化物イオン(F)、塩化物イオン(Cl)、硫酸イオン(SO 2-)、FSO (フルオロスルホン酸イオン)等のアニオン性不純物の各濃度は、スルホニルイミド化合物(1)の分解を抑制する観点から、好ましくは300質量ppm以下、より好ましくは200質量ppm以下、より一層好ましくは100質量ppm以下、さらに好ましくは80質量ppm以下、さらに一層好ましくは60質量ppm以下、特に好ましくは40質量ppm以下である。アニオン性不純物の各濃度は、低いほど好ましく、検出限界以下でもよく、アニオン性不純物を実質的に含んでいなくてもよい(0質量ppm)。アニオン性不純物濃度は、後述の実施例で記載の方法、例えばイオンクロマトグラフィーやNMR等により測定できる。
 以上のように構成される組成物は、前記した電解質、溶媒及びアニオン成分を含有するため、溶液(液体)の組成物である。液体組成物は、非水電解液として使用してもよく、非水電解液の原料(電解質溶液、電解液材料)として使用してもよい。
 [非水電解液]
 本実施形態に係る非水電解液は、上述した本実施形態に係る製造方法で得られた組成物(液体組成物)を含む。つまり、非水電解液は、組成物を用いて調製される。非水電解液は、組成物をそのまま用いてもよく、組成物に前記した非水系溶媒(電解液溶媒)を混合して希釈してもよい。電解液溶媒としては、カーボネート系溶媒や他の非水系溶媒等が挙げられる。組成物に混合する溶媒は、組成物を構成する溶媒と同一の溶媒でもよく、異なる溶媒でもよい。このように、非水電解液は、組成物のみを含む(組成物のみからなる)ものでもよく、必要に応じて組成物に前記した電解質又は溶媒、実害のない範囲で前記した添加剤等をさらに含むものでもよい。なお、前記した製造方法及び得られる組成物で説明したすべての事項は、非水電解液にも適用される。
 以下に、本開示を実施例に基づいて説明する。なお、本開示は、以下の実施例に限定されるものではなく、以下の実施例を本開示の趣旨に基づいて変形、変更することが可能であり、それらを本開示の範囲から除外するものではない。
 《合成例1(LiFSI水溶液の合成)》
 炭酸リチウム(LiCO)120gと水476gとを混合した後、氷浴で冷却したスラリーに対し、ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)(株式会社日本触媒製、HFSI純度:99.5質量%、不純物:FSOH 0.03質量%、FSONH0.50質量%)484gを45分間かけて滴下した。そのままの温度で1時間撹拌を行った後、No.5Cの桐山ろ紙でろ過を行い、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(以下「LiFSI」という)を含有するLiFSI水溶液(LiFSI/HO)を1000g得た。LiFSI水溶液の溶液組成(各成分濃度)、電解質に対するアニオン性不純物濃度を後述する方法に基づいて測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:50.1質量%、HO:49.9質量%
・アニオン性不純物濃度 F:12質量ppm、Cl:定量下限以下、SO 2-:54質量ppm、FSO :146質量ppm
・アニオン成分 HNSOLi(HLiNOS、アミド硫酸リチウム):3671質量ppm。
 定量下限値とは、例えば、F、Cl、SO 2-:5質量ppm、HNSOLi:10質量ppmである。なお、これら定量下限値は、溶液中濃度であり、電解質基準濃度ではない。
 [LiFSI濃度の定量]
 LiFSI水溶液におけるLiFSI濃度は、19F-NMRにより測定した。19F-NMRの測定は、Varian社製の「Unity Plus-400」を使用して行った(内部標準物質:トリフルオロトルエン、積算回数:64回)。
 [水分測定]
 カールフィッシャー水分測定装置AQ-2000(平沼産業株式会社製)を用い、発生液としてアクアライトRS-A(平沼産業株式会社製)、対極液としてアクアライトCN(平沼産業株式会社製)を用いて、含水LiFSI溶液における水分量(水分濃度)を測定した。
 [イオンクロマトグラフィー測定]
 含水LiFSI溶液を超純水(18.2Ω・cm超)で100倍に希釈して測定溶液とし、イオンクロマトグラフィーシステムICS-3000(日本ダイオネクス株式会社製)を用いて、含水LiFSI溶液中に含まれるHNSOLi(アニオン成分)、アニオン性不純物(F、Cl、SO 2-、FSO 等)、その他の不純物(FSONH等)の濃度を測定した。測定条件は以下のとおりである。
(イオンクロマトグラフィー測定の測定条件)
・分離モード:イオン交換
・溶離液:7~18mM KOH水溶液
・検出器:電気伝導度検出器
・カラム:アニオン分析用カラムIon PAC AS-17C(日本ダイオネクス株式会社製。
 《合成例2(LiFSI水溶液の合成)》
 炭酸リチウム18.5gと水16.4gとを混合した後、氷浴で冷却したスラリーに対し、HFSI(株式会社日本触媒製、HFSI純度:99.5質量%、不純物:FSOH0.03質量%、FSONH0.50質量%)70.1gを48分間かけて滴下した。そのままの温度で5時間撹拌を行った後、No.5Cの桐山ろ紙でろ過を行い、LiFSI水溶液(LiFSI/HO)を83.3g得た。LiFSI水溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:79.1質量%、HO:20.9質量%
・アニオン性不純物濃度 F:17質量ppm、Cl及びSO 2-:定量下限以下、FSO :56質量ppm
・アニオン成分 HNSOLi:6109質量ppm。
 《合成例3(含水LiFSI/DMC溶液の合成)》
 炭酸リチウム12.8gとジメチルカーボネート(DMC)60.7gとを混合した後、10℃に冷却したスラリーに対し、HFSI(株式会社日本触媒製、HFSI純度:99.5質量%、不純物:FSOH 0.01質量%、FSONH0.45質量%)60.1gを45分間かけて滴下した。そのままの温度で2時間撹拌を行った。反応を完結させるために、室温まで昇温後さらに1時間攪拌を行った後、No.5Cの桐山ろ紙でろ過を行い、含水LiFSI/DMC溶液を123.9g得た。含水LiFSI/DMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度、電解質に対するその他不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:50.1質量%、HO:2.5質量%、DMC濃度:46.9質量%
・アニオン性不純物濃度 F:944質量ppm、Cl及びSO 2-:定量下限以下
・アニオン成分 HNSOLi:798質量ppm
・その他不純物濃度 FSONH:0.40質量%。
 《合成例4(含水LiFSI/EMC溶液の合成)》
 炭酸リチウム6.5gとエチルメチルカーボネート(EMC)44.9gとを混合した後、10℃に冷却したスラリーに対し、HFSI(株式会社日本触媒製、HFSI純度:99.5質量%、不純物:FSOH 0.01質量%、FSONH0.45質量%)29.9gを26分間かけて滴下した。そのままの温度で4時間撹拌を行った。反応を完結させるために、室温まで昇温後さらに2時間攪拌を行った後、No.5Cの桐山ろ紙でろ過を行い、含水LiFSI/EMC溶液75.1g得た。含水LiFSI/EMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:39.6質量%、HO:2.0質量%、EMC濃度:58.4質量%
・アニオン性不純物濃度 F:874質量ppm、Cl及びSO 2-:定量下限以下
・アニオン成分 HNSOLi:292質量ppm
・その他不純物濃度 FSONH:0.46質量%。
 《合成例5(LiFSI水溶液の合成)》
 炭酸リチウム31.9gと水54.8gとを混合した後、氷浴で冷却したスラリーに対し、HFSI(株式会社日本触媒製、HFSI純度:99.5質量%、不純物:FSOH 0.03質量%、FSONH0.50質量%)140gを30分間かけて滴下した。そのままの温度で2時間撹拌を行った後、No.5Cの桐山ろ紙でろ過を行い、LiFSI水溶液(LiFSI/HO)を200g得た。LiFSI水溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:70.2質量%、HO:29.8質量%
・アニオン性不純物濃度 F:10質量ppm、Cl:21質量ppm、SO 2-:定量下限以下、FSO :定量下限以下
・アニオン成分 HNSOLi:5822質量ppm。
 <実施例1>
 ドライルーム(露点:-40℃)にて、内温を測定する温度計、溶媒投入口、蒸留塔(充填材:スルザーEX、スルザージャパン株式会社製、以下同じ。)を備えた2Lの三口フラスコに合成例1(調製工程)で得られたLiFSI水溶液(LiFSI/HO)898g、DMC678g、並びにアニオン成分として炭酸リチウム1.2g(電解質あたり2691質量ppm)及びアミド硫酸リチウム0.8g(電解質あたり1792質量ppm)を加えて、LiFSIを28質量%含む含水LiFSI/DMC溶液(脱水用含水スルホニルイミド溶液)を調製した。なお、蒸留塔の塔頂には、揮発した蒸気を凝集するための冷却管が備えられている。さらに冷却管の先には、凝集した液を油水分離するための相分離槽としてディーンスターク装置が備えられている。
 続いて、真空ポンプを使用して前記フラスコ内の圧力を10kPaまで減圧した後、フラスコをオイルバスに浸し、オイルバスでフラスコ内温を32℃まで加熱して水をDMCと共に共沸留出させた。留出ガスは蒸留塔を経てコンデンサー(2℃)で凝集し、留出液としてディーンスターク内にて水相とDMC相とに相分離した。このうち水相は系外へ除去し、DMC相は還流ポンプを用いて蒸留塔の塔頂に返し、還流させた。オイルバスを徐々に昇温しながら計23時間減圧蒸留(連続蒸留)を行うことにより、脱水しDMCに置換した。脱水中、フラスコ内温は32℃~70℃で推移し、フラスコ内温とオイルバス温度との温度差(以下「Δt」という)は30~40℃で推移した。以上の脱水操作を脱水工程とした。得られた懸濁液をメンブレンフィルターでろ過し、無色透明なLiFSI/DMC溶液を得た。LiFSI/DMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:47質量%、HO(含水率):46質量ppm
・アニオン性不純物濃度 F:22質量ppm、Cl及びSO 2-:定量下限以下
・アニオン成分残存量 HNSOLi:345質量ppm。
 <実施例2>
 Δtを15~20℃で推移させた以外は実施例1と同様の条件で脱水しDMCに置換した(脱水工程)。得られた懸濁液をメンブレンフィルターでろ過し、無色透明なLiFSI/DMC溶液を得た。LiFSI/DMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:44質量%、HO(含水率):48質量ppm
・アニオン性不純物濃度 F、Cl及びSO 2-:定量下限以下
・アニオン成分残存量 HNSOLi:295質量ppm。
 <実施例3>
 ドライルーム(露点:-40℃)にて、実施例1と同様の装置に合成例1(調製工程)で得られたLiFSI水溶液(LiFSI/HO)699g、EMC712g、並びにアニオン成分として炭酸リチウム1.2g(電解質あたり3368質量ppm)及びアミド硫酸リチウム0.6g(電解質あたり1757質量ppm)を加えて、LiFSIを25質量%含む含水LiFSIのEMC溶液(脱水用含水スルホニルイミド溶液)を調製した。
 続いて、真空ポンプを使用して前記フラスコ内の圧力を8kPaまで減圧した後、フラスコをオイルバスに浸し、オイルバスでフラスコ内温を33℃まで加熱して水をEMCと共に共沸留出させた。留出ガスは蒸留塔を経てコンデンサー(2℃)で凝集し、留出液としてディーンスターク内にて水相とEMC相とに相分離した。このうち水相は系外へ除去し、EMC相は還流ポンプを用いて蒸留塔の塔頂に返し、還流させた。オイルバスを徐々に昇温しながら計30時間減圧蒸留(連続蒸留)を行うことにより、脱水しEMCに置換した。脱水中、フラスコ内温は33℃~64℃で推移し、Δtは15~30℃で推移した。以上の脱水操作を脱水工程とした。得られた懸濁液をメンブレンフィルターでろ過し、無色透明なLiFSI/EMC溶液を得た。LiFSI/EMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:37質量%、HO(含水率):32質量ppm
・アニオン性不純物濃度 F、Cl及びSO 2-:定量下限以下
・アニオン成分残存量 HNSOLi:189質量ppm。
 <実施例4>
 Δtを15~20℃で推移させた以外は実施例3と同様の条件で脱水しEMCに置換した(脱水工程)。得られた懸濁液をメンブレンフィルターでろ過し、無色透明なLiFSI/EMC溶液を得た。LiFSI/EMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:36質量%、HO(含水率):31質量ppm
・アニオン性不純物濃度 F、Cl及びSO 2-:定量下限以下
・アニオン成分残存量 HNSOLi:186質量ppm。
 <実施例5>
 ドライルーム(露点:-40℃)にて、実施例1と同様の装置に合成例2(調製工程)で得られたLiFSI水溶液(LiFSI/HO)812g、DMC665g及びアニオン成分として炭酸リチウム15.0g(電解質あたり23383質量ppm)を加えて、LiFSIを44質量%含む含水LiFSI/DMC溶液(脱水用含水スルホニルイミド溶液)を調製した。
 続いて、真空ポンプを使用して前記フラスコ内の圧力を8.5kPaまで減圧した後、フラスコをオイルバスに浸し、オイルバスでフラスコ内温を52℃まで加熱したこと以外は実施例1と同様の操作を行った。オイルバスを徐々に昇温しながら計25時間減圧蒸留(連続蒸留)を行うことにより、脱水しDMCに置換した。脱水中、フラスコ内温は52℃~84℃で推移し、Δtは7~20℃で推移した。以上の脱水操作を脱水工程とした。得られた懸濁液をメンブレンフィルターでろ過し、無色透明なLiFSI/DMC溶液を得た。LiFSI/DMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:53質量%、HO(含水率):50質量ppm
・アニオン性不純物濃度 F:20質量ppm、Cl及びSO 2-:定量下限以下
・アニオン成分残存量 HNSOLi:68質量ppm。
 <実施例6>
 ドライルーム(露点:-40℃)にて、実施例1と同様の装置に合成例2(調製工程)で得られたLiFSI水溶液(LiFSI/HO)1263g、EMC1994g及びアニオン成分として炭酸リチウム4.1g(電解質あたり4108質量ppm)を加えて、LiFSIを31質量%含む含水LiFSI/EMC溶液(脱水用含水スルホニルイミド溶液)を調製した。
 続いて、真空ポンプを使用して前記フラスコ内の圧力を8kPaまで減圧した後、フラスコをオイルバスに浸し、オイルバスでフラスコ内温を71℃まで加熱したこと以外は実施例1と同様の操作を行った。オイルバスを徐々に昇温しながら計15時間減圧蒸留(連続蒸留)を行うことにより、脱水しEMCに置換した。脱水中、フラスコ内温は49℃~59℃で推移し、Δtは22~31℃で推移した。以上の脱水操作を脱水工程とした。得られた懸濁液をメンブレンフィルターでろ過し、無色透明なLiFSI/EMC溶液を得た。LiFSI/EMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:34質量%、HO(含水率):8質量ppm
・アニオン性不純物濃度 F及びCl及びSO 2-:定量下限以下
・アニオン成分残存量 HNSOLi:206質量ppm。
 <実施例7>
 ドライルーム(露点:-40℃)にて、実施例1と同様の装置に合成例4(調製工程)で得られた含水LiFSI/EMC溶液1477g及びアニオン成分として炭酸リチウム15.0g(電解質あたり25647質量ppm)を加えて、LiFSIを40質量%含む含水LiFSI/EMC溶液(脱水用含水スルホニルイミド溶液)を調製した。
 続いて、真空ポンプを使用して前記フラスコ内の圧力を5.5kPaまで減圧した後、フラスコをオイルバスに浸し、オイルバスでフラスコ内温を58℃まで加熱したこと以外は実施例1と同様の操作を行った。オイルバスを徐々に昇温しながら計7時間減圧蒸留(連続蒸留)を行うことにより、脱水しEMCに置換した。脱水中、フラスコ内温は57℃~64℃で推移し、Δtは5~25℃で推移した。以上の脱水操作を脱水工程とした。得られた懸濁液をメンブレンフィルターでろ過し、無色透明なLiFSI/EMC溶液を得た。LiFSI/EMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:42質量%、HO(含水率):26質量ppm
・アニオン性不純物濃度 F:25質量ppm、Cl:定量下限以下、SO 2-:12質量ppm
・アニオン成分残存量 HNSOLi:92質量ppm。
 <実施例8>
 ドライルーム(露点:-40℃)にて、500mLナスフラスコに合成例5で得られたLiFSI水溶液51g(FSI濃度:70wt%、アニオン成分含有量:5822ppm)、EMC212g、及びアニオン成分としてリン酸リチウム1.1g(Sigma-Aldrich製、工程中のアニオン成分添加量(電解質あたり):14233ppm)を加え、LiFSIを14質量%含む含水LiFSI/EMC溶液(脱水用含水スルホニルイミド溶液)を調製した。
 続いて、エバポレーターにて水をEMCと共に共沸留出させた(7.0kPa、オイルバス温度:70℃)。30分後、フラスコを解圧し、非水EMCを加え、再度減圧留去を行った。この操作を繰り返し行い、累積で2089gのEMCを投入した。
 得られた溶液の一部をメンブレンフィルターでろ過し、LiFSIを41質量%含む無色透明なLiFSI/EMC溶液を得た。含水率を前記と同様にして測定したところ、含水率は9.5質量ppmであった。溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:41質量%、HO(含水率):9.5質量ppm
・アニオン性不純物 F:18.0質量ppm、Cl:定量下限以下、SO 2-:126質量ppm
・アニオン成分残存量 HNSOLi:1717質量ppm、LiPO:7.8質量ppm。
 <実施例9>
 ドライルーム(露点:-40℃)にて、500mLナスフラスコに合成例5で得られたLiFSI水溶液50g(FSI濃度:70wt%、アニオン成分含有量:5822ppm)、EMC230g、並びにアニオン成分として炭酸リチウム0.52g(工程中のアニオン成分添加量(電解質あたり):14733ppm)及び70質量%イセチオン酸水溶液0.63g(富士フィルム和光純薬製、工程中のアニオン成分添加量(電解質あたり):12495ppm)を加え、LiFSIを13質量%含む含水LiFSI/EMC溶液(脱水用含水スルホニルイミド溶液)を調製した。
 続いて、エバポレーターにて水をEMCと共に共沸留出させた(5.0kPa、オイルバス温度:70℃)。30分後、フラスコを解圧し、非水EMCを加え、再度減圧留去を行った。この操作を繰り返し行い、累積で1748gのEMCを投入した。
 得られた溶液の一部をメンブレンフィルターでろ過し、LiFSIを44質量%含む無色透明なLiFSI/EMC溶液を得た。含水率を前記と同様にして測定したところ、含水率は18.3質量ppmであった。溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:44質量%、HO(含水率):18.3質量ppm
・アニオン性不純物 F:15.4質量ppm、Cl、SO 2-:いずれも定量下限以下
・アニオン成分残存量 イセチオン酸Li(HO(CHSOLi):5356質量ppm。
 <比較例1>
 ドライルーム(露点:-40℃)にて、内温を測定する温度計、溶媒投入口、リービッヒ冷却器を備えた2Lの三口フラスコに合成例1で得られたLiFSI水溶液(LiFSI/HO)19g、DMC63gを加えて、LiFSIを12質量%含む含水LiFSI/DMC溶液を調製した。
 続いて、真空ポンプを使用して前記フラスコ内の圧力を5.0kPaまで減圧した後、フラスコをオイルバスに浸し、オイルバスでフラスコ内温を25℃(オイルバス温度:60℃)まで加熱して水をDMCと共に共沸留出させた。20分後、フラスコを解圧し、非水DMC(含水率<30質量ppm)を加えた後、再度減圧留去を行った。この操作を繰り返し行い、累積で606.0gのDMCを投入した。
 得られた溶液の一部をメンブレンフィルターでろ過し、LiFSIを56質量%含む無色透明なLiFSI/DMC溶液を得た。LiFSI/EMC溶液の含水率を前記と同様にして測定したところ、含水率は115質量ppmであった。溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:56質量%、HO:115質量ppm
・アニオン性不純物 F:10質量ppm、Cl及びSO 2-:定量下限以下
・アニオン成分残存量 HNSOLi:411質量ppm。
 なお、比較例1において、DMCの投入回数、各回におけるDMCの総量(追加総量)、各回における溶液の含水率、及び各回における脱水効率を以下の表1に示す。なお、各回における脱水効率は、以下の数式(2)により求めた。脱水効率は、その値が小さいほど脱水しDMCに置換する効率が高いことを意味する。
[数2]
脱水効率=「各回における含水率に到達するまでに要したDMCの総量」/「LiFSIの重量」   (2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 <比較例2>
 ドライルーム(露点:-40℃)にて、実施例1と同様の装置に合成例1で得られたLiFSI水溶液(LiFSI/HO)242g及びEMC920gを加えて、LiFSIを25質量%含む含水LiFSIのEMC溶液を調製した。
 続いて、真空ポンプを使用して前記フラスコ内の圧力を5.8kPaまで減圧した後、フラスコをオイルバスに浸し、オイルバスでフラスコ内温を25℃(オイルバス温度:50℃)まで加熱して水をEMCと共に共沸留出させた。留出ガスは蒸留塔を経てコンデンサー(2℃)で凝集し、留出液としてディーンスターク内にて水相とEMC相とに相分離した。このうち水相は系外へ除去し、EMC相は還流ポンプを用いて蒸留塔の塔頂に返し、還流させた。4.5時間後、フラスコ内温が35℃(オイルバス温度:50℃)に到達したため、圧力を3.5KPaに変更し、当該内温を28℃に下げた後、引き続き減圧蒸留(連続蒸留)を行った。18時間後、再び当該内温が35℃(オイルバス温度:50℃)に到達したため、圧力を2.5KPaに変更し、引き続き2.5時間減圧蒸留(連続蒸留)を行った。得られた溶液の一部をメンブレンフィルターでろ過し、LiFSIを12質量%含む無色透明なLiFSI/EMC溶液を得た。LiFSI/EMC溶液の含水率を前記と同様にして測定したところ、含水率は31質量ppmであった。
 前記で得られたLiFSI/EMC溶液を圧力2.5KPa、オイルバス温度50℃にて濃縮を行った。得られた溶液をメンブレンフィルターでろ過し、無色透明なLiFSI/EMC溶液を263.3g得た。濃縮後のLiFSI/EMC溶液の溶液組成、電解質に対するアニオン性不純物濃度を前記と同様にして測定した結果を以下に示す。
・溶液組成 LiFSI:41質量%、HO:29質量ppm
・アニオン性不純物 F:28質量ppm、Cl及びSO 2-: 定量下限以下
・アニオン成分残存量 HNSOLi:68質量ppm。
 [評価]
 調整工程及び脱水工程を経て得られた各LiFSI溶液(組成物)の溶媒の種類、アニオン成分の種類及びその添加量、脱水効率を以下の表2に示す。なお、表2中、電解質あたりの脱水工程中のアニオン成分添加量とは、脱水前の脱水用含水スルホニルイミド溶液を調製する際に、含水LiFSI溶液に添加したアニオン成分の重量(複数のアニオン成分を添加した場合、これら重量の合計)に基づく計算値をいう。電解質あたりの脱水工程中のアニオン成分含有量とは、含水LiFSI溶液の原料中のアニオン成分含有量と上記アニオン成分添加量との合計量に基づく計算値をいう。脱水効率は、以下の数式(3)により求めた。脱水効率は、その値が小さいほど脱水し非水系溶媒に置換する効率が高いことを意味する。
[数3]
脱水効率=「含水率が50質量ppmに到達するまでに要した添加溶媒の総量又は総上昇蒸気量」/「LiFSIの重量」   (3)
 但し、比較例1の非水系溶媒の総量は、含水率が115質量ppmに到達するまでに要した量とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 (考察)
 表2の結果から、脱水工程において、各実施例の製造方法は、調製工程で得られたスルホニルイミド溶液に非水系溶媒と共に、アニオン成分(酸成分)をさらに加えて脱水し非水系溶媒に置換するという操作が採用されているため、アニオン成分を加えずに脱水し非水系溶媒に置換する各比較例の製造方法と比較して、脱水効率に優れることが分かった。
 具体的には、各実施例の製造方法は、脱水工程において、アニオン成分をLiFSI(電解質)に対して4000質量ppm以上の濃度(2種類以上を併用する場合は濃度の合計)で含むため、脱水効率が高いといえる。
 また、各実施例の製造方法では、脱水工程において、設定圧力(減圧度)を比較的高く設定でき、また加熱温度も比較的高く(例えば50℃以上に)設定できるため、脱水効率だけでなく、組成物の生産効率(生産性)にも優れる。
 これに対し、比較例1及び2の製造方法では、設定圧力が低く、生産効率に劣る。
 以上説明したように、本開示は、リチウムイオン二次電池等に用いられる非水電解液やその原料として使用可能な組成物に適している。

Claims (12)

  1.  電解質、非水系溶媒及びアニオン成分を含有する組成物を製造する方法であって、
     前記電解質は、一般式(1)で表されるスルホニルイミド化合物を含み、
     前記アニオン成分は、その共役酸の酸解離定数pKa(複数電離する酸については第1段階の酸解離定数pKa1)が0以上6.5以下であり、前記電解質に対して10000質量ppm以下の濃度で含まれており、
     前記電解質及び前記非水系溶媒を含有する溶液に前記アニオン成分を加えて脱水し、溶媒置換する脱水工程を含む、組成物の製造方法。
    LiN(XSO)(FSO) (Xはフッ素原子、炭素数1~6のアルキル基又は炭素数1~6のフルオロアルキル基を示す。)  (1)
  2.  前記脱水工程において、前記アニオン成分を前記電解質に対して4000質量ppm以上の濃度で含む、請求項1に記載の組成物の製造方法。
  3.  前記脱水工程は、前記アニオン成分を前記電解質に対して1000質量ppm以上の濃度で追加する工程を含む、請求項1に記載の組成物の製造方法。
  4.  前記アニオン成分は、アミド硫酸成分、カルボン酸成分、炭酸成分及びリン酸成分からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物の製造方法。
  5.  前記アニオン成分は、スルホン酸成分、スルフィン酸成分、カルボン酸成分、炭酸成分、リン酸成分及びホスホン酸成分、これらの誘導体、並びにこれらの塩からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物の製造方法。
  6.  前記アニオン成分は、アミド硫酸及びその塩、アミド硫酸誘導体及びその塩からなる群より選択される少なくとも1種を含み、
     前記アミド硫酸誘導体及びその塩は一般式(2)で表される化合物である、請求項1~5のいずれか一項に記載の組成物の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(2)中、R、Rは、H(水素原子)、ヒドロキシル基、または置換基を有していてもよい炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~10のシクロアルキル基、炭素数6~16のアリール基、炭素数7~16のアラルキル基若しくは炭素数2~16のアルカノイル基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよく、RとRで環構造を形成していてもよい。R、Rは、H以外の上記基のとき、同一でもよく、異なっていてもよい(R、Rは、Hのとき、同一ではない(R及びRは同時にHではない))。Mは、H(水素原子)又は金属原子を表す。)
  7.  前記アニオン成分は、アミド硫酸及びアミド硫酸のアルカリ金属塩からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の組成物の製造方法。
  8.  前記アニオン成分は、アミド硫酸アルカリ金属塩を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の組成物の製造方法。
  9.  前記非水系溶媒は鎖状カーボネート系溶媒を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の組成物の製造方法。
  10.  含水率が10000質量ppm以下である、請求項1~9のいずれか一項に記載の組成物の製造方法。
  11.  前記脱水工程において、以下の数式:
    脱水効率=「組成物の目標とする含水率に到達するまでに要した非水系溶媒の総量」/「電解質の重量」
    により求められる脱水効率が80以下である、請求項1~10のいずれか一項に記載の組成物の製造方法。
  12.  請求項1~11のいずれか一項に記載の製造方法で得られた組成物を含む、非水電解液。
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