JPH10316409A - ヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法 - Google Patents

ヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法

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JPH10316409A
JPH10316409A JP9079826A JP7982697A JPH10316409A JP H10316409 A JPH10316409 A JP H10316409A JP 9079826 A JP9079826 A JP 9079826A JP 7982697 A JP7982697 A JP 7982697A JP H10316409 A JPH10316409 A JP H10316409A
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lithium hexafluorophosphate
crystal
solvent
compound
producing lithium
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Shoichi Tsujioka
辻岡  章一
Hisakazu Ito
久和 伊東
Mitsuo Takahata
満夫 高畑
Tadayuki Kawashima
忠幸 川島
Hiromi Sasaki
広美 佐々木
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Central Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 純度が高く、保存時の安定性においても優れ
たヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法を提供す
る。 【解決手段】 ヘキサフルオロリン酸リチウムと有機非
水溶媒からなる溶液より、20℃から150℃の範囲
で、溶媒を蒸発、濃縮し、粒径50μm以上の結晶であ
るヘキサフルオロリン酸リチウムを晶出させ、または、
さらに有機非水溶媒に再溶解、再晶出させるものであ
り、当該有機非水溶媒が、エステル化合物、エーテル化
合物、ニトリル化合物、アルコール化合物、アミド化合
物またはケトン化合物である。また、得られたヘキサフ
ルオロリン酸リチウムを20から150℃の温度範囲で
乾燥する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム電池およ
びリチウムイオン電池用電解質として有用なヘキサフル
オロリン酸リチウムの製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】ヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法
としては種々提案されており、例えば無溶媒で固体のフ
ッ化リチウムと気体の五フッ化リンを反応させる方法
(特開昭64−72901号)等がある。この方法にお
いては、フッ化リチウムの表面に反応生成物の被膜が形
成され、完全には反応が進行せず未反応のフッ化リチウ
ムが残存する。
【0003】また、無水フッ化水素を溶媒として、溶解
したフッ化リチウムと気体状の五フッ化リンを反応させ
る方法(J.Chem.Soc.Part4,4408
(1963))がある。この方法においては、蒸気圧の
高い無水フッ化水素を溶媒として使用するため、ハンド
リングが困難であり、また、反応後に結晶として取り出
したヘキサフルオロリン酸リチウム中に不純物としてフ
ッ化水素が残存する。この不純物のフッ化水素はリチウ
ム電池として使用する場合、その電池反応を阻害するも
のであり、好ましくない。
【0004】また、有機溶媒にヘキサフルオロリン酸リ
チウム溶解して再結晶することにより、不純物の除去を
行う方法もいくつか提案されているが、有機溶媒から結
晶化する際に、溶媒分子とヘキサフルオロリン酸リチウ
ム分子が付加物を形成し、得られた結晶はヘキサフルオ
ロリン酸リチウム・有機溶媒の付加物結晶となり、この
溶媒分子を減圧等で強制的に除去するとヘキサフルオロ
リン酸リチウムが、非常に表面積の大きい活性なものと
なり、分解が促進されるため、この方法も実用的ではな
い。 このように従来の方法においては、いずれも反応
収率、反応の制御のしやすさ、得られる製品の純度等の
点で必ずしも満足のできるものではなかった。
【0005】
【問題点を解決するための具体的手段】本発明者らは、
かかる従来技術の問題点に鑑み鋭意検討の結果、有機溶
媒中で製造することにより、不純物の少ないヘキサフル
オロリン酸リチウムができることを見いだし、本発明に
到達したものである。
【0006】すなわち本発明は、ヘキサフルオロリン酸
リチウムと有機非水溶媒からなる溶液中より、溶液を蒸
発させ、濃縮によりヘキサフルオロリン酸リチウムを晶
出させる方法により、またはヘキサフルオロリン酸リチ
ウムを有機非水溶媒中に溶解し、溶媒の蒸発濃縮により
再結晶させる方法であり、その温度範囲が20℃から1
50℃の範囲であり、得られる結晶が粒径50μm以上
の結晶であり、また、ヘキサフルオロリン酸リチウム
は、有機非水溶媒中でフッ化リチウムと五フッ化リンと
を反応させることにより製造されたものであり、ここで
使用される有機非水溶媒がエステル化合物、エーテル化
合物、ニトリル化合物、アルコール化合物、アミド化合
物、ケトン化合物、のいずれかであり、具体的には、エ
ステル化合物が炭酸エステルおよび酢酸エステルであ
り、さらには、炭酸エステルとして、ジエチルカーボネ
ート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
トのいずれか、またはそれらから選ばれる数種類の混合
物であり、さらには、上記製造方法で得られたヘキサフ
ルオロリン酸リチウム結晶を20から150℃の温度範
囲で乾燥することを特徴とする製造方法を提供するもの
である。
【0007】本発明の製造方法は、反応収率が高く、反
応の制御も容易で、製品の純度、結晶の性状の点でも十
分満足できるものである。本発明において、問題となっ
ているヘキサフルオロリン酸リチウム中の不純物である
フッ化水素は従来の方法では、反応溶媒として使用する
無水フッ化水素から来ることは明らかである。そこで、
溶媒として他の有機溶媒を使用することが有効である
が、有機溶媒から一般的な方法で、結晶を晶出する場合
は、ヘキサフルオロリン酸リチウムと溶媒の相互作用が
強いため、ヘキサフルオロリン酸リチウム1分子に対し
て、溶媒が1から6分子程度配位した状態で付加物結晶
を形成する。そこで、純粋なヘキサフルオロリン酸リチ
ウムを得るためには、真空乾燥を行い付加した溶媒分子
を除去する必要がある。しかし、一旦付加物結晶になっ
たものから、溶媒分子のみを除去するためには、多大な
労力と時間を要するため好ましい方法とは思われない。
しかも、溶媒分子を除去した後の結晶は、表面がポーラ
スで、粒径も10μm以下の微細な凝集晶となり、表面
の活性があがることにより、保存中に熱による自己分解
(例えば、LiPF6→LiF+PF5)や雰囲気中のわ
ずかな水分による加水分解(例えば、LiPF6+2H2
O→LiPO22 + 4HF)が起こるという新たな
問題が発生する。このようなことにより、有機溶媒から
のヘキサフルオロリン酸リチウムの晶出は非常に困難で
あると考えられていた。
【0008】そこで、本発明者らが種々検討した結果、
有機非水溶媒からヘキサフルオロリン酸リチウムの結晶
を晶出する場合、20℃以上の温度領域で蒸発濃縮にて
晶出することにより、結晶の相転移が起こり、付加物で
はない純粋なヘキサフルオロリン酸リチウムの結晶が得
られることを見出した。
【0009】本発明の製造方法で使用される溶媒は、化
学的な安定性が高く、しかもヘキサフルオロリン酸リチ
ウムの溶解度が高いエステル化合物、エーテル化合物、
ニトリル化合物、アルコール化合物、アミド化合物、ケ
トン化合物があり、特に安定性の面で炭酸エステル、酢
酸エステルが好ましい。具体的には、ジメチルカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
ト、酢酸エチル等がある。これらの有機非水溶媒の内の
いずれか一種類、もしくは数種類の混合溶媒中で実施さ
れる。
【0010】本発明の製造方法では、溶媒中で、ヘキサ
フルオロリン酸リチウムの合成を行う。上記溶媒中に原
料であるフッ化リチウムの溶解度は非常に小さいため、
溶媒に分散した状態で五フッ化リンのガスを吹き込み反
応を行う。ここで、生成したヘキサフルオロリン酸リチ
ウムは非常に溶解度が大きいので、溶媒中に溶解して、
表面に被膜として残ることがないために反応は完全に進
行する。
【0011】この反応を行う際の温度は、下限が−40
℃、好ましくは0℃で、上限は100℃、好ましくは6
0℃である。反応温度が−40℃未満では、溶媒が凝固
するため反応が進行しない。また、100℃より大きい
場合、溶媒と五フッ化リンの反応が起こり、着色や粘度
増加の原因となるため好ましくない。
【0012】フッ化リチウムの量は、溶媒1リットルに
対して、200g以下、好ましくは100g以下であ
る。フッ化リチウムの量が溶媒に対して、200gより
多い場合は生成物が飽和になり、フッ化リチウム表面に
被膜が生成し、未反応のフッ化リチウムが残存するうえ
に溶液の粘度が上昇するため、濾過等の分離操作が困難
になる。 五フッ化リンの量は、フッ化リチウムに対し
て当量以上あれば良いが、過剰に系内に導入した場合、
溶液中に吸収されるため、反応後に加熱、減圧等の操作
により除去する必要がある。
【0013】この反応において、原料の五フッ化リン、
および生成物のヘキサフルオロリン酸リチウムは、水分
により容易に加水分解を受けるので、水分を含まない雰
囲気で反応を実施する必要がある。すなわち、真空中や
窒素等の不活性ガス雰囲気中で反応を行うことが好まし
い。
【0014】得られたヘキサフルオロリン酸リチウムの
溶液を適当な方法で精製した後、晶析操作を行い、結晶
を取り出す。また、本発明の製造方法は、従来の方法で
製造したヘキサフルオロリン酸リチウム結晶を上記有機
非水溶媒の内のいずれか一種類、もしくは数種類の混合
溶媒中に溶解した後、晶析操作を行い再結晶化する。こ
こで、再結晶だけでも十分ではあるが、溶液の段階で適
当な方法により、フッ化水素その他の不純物の精製をさ
らに行えばより効果的である。
【0015】本発明の製造方法において、ポイントとな
るのは有機非水溶媒中からヘキサフルオロリン酸リチウ
ム結晶を晶出させる際の温度であり、その下限は20
℃、好ましくは40℃で、上限は150℃、好ましくは
90℃である。この温度が20℃未満ではヘキサフルオ
ロリン酸リチウムと溶媒のアダクト結晶となるため好ま
しくない。また、150℃より高い温度ではヘキサフル
オロリン酸リチウムの分解、溶媒との反応が起こるため
好ましくない。
【0016】晶析の手段は、この温度領域では溶解度の
温度依存性が小さくなるため蒸発濃縮により、結晶を晶
出する方法が好ましい。結晶の晶出後、ろ過により固液
分離するが、結晶表面に付着した溶液が室温に戻ると付
加物結晶となり、得られた結晶が純粋な結晶と付加物結
晶の混合物となる。ここで、20℃から150℃に昇温
して乾燥すれば、付加物結晶が溶融して、溶媒のみが蒸
発して、純粋なヘキサフルオロリン酸リチウム結晶が得
られる。ここで、20℃よりも低い温度で乾燥すること
は、付加物結晶より溶媒を除去するために多大な労力と
時間を要するため好ましくない。しかも、溶媒分子を除
去した後の結晶は、表面がポーラスで、粒径も10μm
以下の微細な凝集晶となり、表面の活性があがることに
より、保存中に熱による自己分解(例えば、LiPF6
→LiF+PF5)や雰囲気中のわずかな水分による加
水分解(例えば、LiPF6+2H2O→LiPO22
+ 4HF)が起こるため好ましくない。
【0017】以上の方法によりヘキサフルオロリン酸リ
チウムを晶出すれば、50μm以上の粒径を持つ結晶が
容易に得られる。さらに晶析条件をコントロールすれ
ば、1mm以上の結晶も得られる。このようにして得ら
れたヘキサフルオロリン酸リチウムの結晶は、単結晶ま
たは一次凝集晶であり、非常に純度が高く、保存時の安
定性においても優れている。
【0018】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はかかる実施例により限定されるものではな
い。
【0019】実施例1 テフロン製反応器中で90gジエチルカーボネートに
5.2gフッ化リチウムを添加して、混合分散した。こ
の分散液を冷却して20℃を維持しながら、ガス導入管
を通して、五フッ化リンガスをバブリングした。ジエチ
ルカーボネート中に分散されたフッ化リチウムが消失し
た時点で反応を終了した。このときの五フッ化リンの消
費量は26gであった。
【0020】得られた溶液を70℃に昇温し、撹拌しな
がら30torr減圧で蒸発晶析を行った。ジエチルカ
ーボネートが65g蒸発した時点で、晶出した結晶を濾
別し、70℃で真空乾燥した。以上のようにしてヘキサ
フルオロリン酸リチウム15gを得た。得られたヘキサ
フルオロリン酸リチウムの平均粒径は300μmで、不
純物のフッ化水素濃度は50ppm以下(定量下限)で
あった。また、6ヶ月間の保存安定性試験を行ったとこ
ろフッ化水素濃度に変化は観られなかった。
【0021】実施例2 フッ化水素を3000ppm含有するヘキサフルオロリ
ン酸リチウム45gをジメチルカーボネート75gに溶
解した。この溶液に種晶として、フッ化水素を100p
pm含有するヘキサフルオロリン酸リチウムを4g添加
したのち、液温を40℃に昇温して撹拌しながら1to
rr減圧で蒸発晶析を行った。ジメチルカーボネートが
40g蒸発した時点で、晶出した結晶を濾別し、40℃
で真空乾燥した。以上のようにしてヘキサフルオロリン
酸リチウム29gを得た。得られたヘキサフルオロリン
酸リチウムの平均粒径は320μmで、不純物のフッ化
水素濃度は50ppm以下(定量下限)であった。
【0022】実施例3 ヘキサフルオロリン酸リチウム45gをジエチルエーテ
ル100gに溶解した。この溶液の液温を30℃に保持
して、撹拌しながら700torr減圧で蒸発晶析を行
った。ジエチルエーテルが60g蒸発した時点で、晶出
した結晶を濾別し、40℃で真空乾燥した。以上のよう
にしてヘキサフルオロリン酸リチウム23gを得た。得
られたヘキサフルオロリン酸リチウムの平均粒径は20
0μmで、不純物のフッ化水素濃度は50ppm以下
(定量下限)であった。
【0023】実施例4 ヘキサフルオロリン酸リチウム50gをアセトニトリル
100gに溶解した。この溶液の液温を60℃に保持し
て撹拌しながら400torr減圧で蒸発晶析を行っ
た。アセトニトリルが60g蒸発した時点で、晶出した
結晶を濾別し、40℃で真空乾燥した。以上のようにし
てヘキサフルオロリン酸リチウム30gを得た。得られ
たヘキサフルオロリン酸リチウムの平均粒径は250μ
mで、不純物のフッ化水素濃度は50ppm以下(定量
下限)であった。
【0024】比較例1 フッ化リチウム32gを無水フッ酸500gに溶解させ
る。この溶液に五フッ化リンガス155gを吹き込み、
フッ化リチウムと反応させた。得られた反応溶液を一晩
かけてゆっくりと−20℃まで冷却することにより、六
フッ化リン酸リチウムの結晶を晶出させた。これを濾別
し、室温減圧下で付着フッ化水素を除いた。これによ
り、1mm程度の粒径の揃った六フッ化リン酸リチウム
結晶65gが得られた。不純物のフッ化水素濃度は30
0ppmであった。
【0025】比較例2 テフロン製反応器中で90gジエチルカーボネートに
5.2gフッ化リチウムを添加して、混合分散した。こ
の分散液を冷却して20℃を維持しながら、ガス導入管
を通して、五フッ化リンガスをバブリングした。ジエチ
ルカーボネート中に分散されたフッ化リチウムが消失し
た時点で反応を終了した。このときの五フッ化リンの消
費量は26gであった。
【0026】得られた溶液を20℃から−20℃まで、
5℃/hrの冷却速度で冷却晶析を行った。晶出した結
晶を濾別し、10℃で真空乾燥した。以上のようにして
得られたヘキサフルオロリン酸リチウムの平均粒径は約
10μmで、不純物のフッ化水素濃度は50ppm以下
(定量下限)であった。また、6ヶ月間の保存安定性試
験を行ったところフッ化水素濃度は400ppmに増加
した。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、従来の製造法に比べ、
非常に純度が高く、保存時の安定性においても優れたヘ
キサフルオロリン酸リチウムを提供することができる。
フロントページの続き (72)発明者 川島 忠幸 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セント ラル硝子株式会社化学研究所内 (72)発明者 佐々木 広美 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セント ラル硝子株式会社化学研究所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘキサフルオロリン酸リチウムを、ヘキ
    サフルオロリン酸リチウムと有機非水溶媒からなる溶液
    中より、溶液を蒸発、濃縮により晶出させることを特徴
    とするヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法。
  2. 【請求項2】 晶出させる温度が、20℃から150℃
    の範囲であることを特徴とする請求項1記載のヘキサフ
    ルオロリン酸リチウムの製造方法。
  3. 【請求項3】 晶出させたヘキサフルオロリン酸リチウ
    ムが、粒径50μm以上の結晶であることを特徴とする
    請求項1記載のヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 有機非水溶媒中のヘキサフルオロリン酸
    リチウムが、有機非水溶媒中でフッ化リチウムと五フッ
    化リンとを反応させたものであることを特徴とする請求
    項1記載のヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法。
  5. 【請求項5】 有機非水溶媒が、エステル化合物、エー
    テル化合物、ニトリル化合物、アルコール化合物、アミ
    ド化合物またはケトン化合物であることを特徴とする請
    求項1または4記載のヘキサフルオロリン酸リチウムの
    製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載のエステル化合物が炭酸エ
    ステルまたは酢酸エステルであることを特徴とする請求
    項1または4記載のヘキサフルオロリン酸リチウムの製
    造方法。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の炭酸エステルが、ジエチ
    ルカーボネート、エチルメチルカーボネートのいずれ
    か、またはそれらから選ばれる数種類の混合物であるこ
    とを特徴とする請求項1または4記載のヘキサフルオロ
    リン酸リチウムの製造方法。
  8. 【請求項8】 ヘキサフルオロリン酸リチウムを有機非
    水溶媒中に溶解し、20℃から150℃の温度範囲で蒸
    発濃縮により再結晶させることを特徴とするヘキサフル
    オロリン酸リチウムの製造方法。
  9. 【請求項9】 再結晶で得られた結晶が、粒径50μm
    以上の結晶であることを特徴とする請求項8記載のヘキ
    サフルオロリン酸リチウムの製造方法。
  10. 【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載の製造
    方法で得られたヘキサフルオロリン酸リチウム結晶を2
    0から150℃の温度範囲で乾燥することを特徴とする
    ヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法。
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