JP2013539448A

JP2013539448A - ＬｉＰＯ２Ｆ２の製造

Info

Publication number: JP2013539448A
Application number: JP2013517298A
Authority: JP
Inventors: プラシド・ガルシア−ファン; アルフ・シュルツ
Original assignee: ソルヴェイ（ソシエテアノニム）
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-10-24
Also published as: KR20130041184A; WO2012004187A3; US20130115522A1; EP2590895A2; CN102985362A; WO2012004187A2; TW201213228A

Abstract

ＬｉＰＯ_２Ｆ_２が、一般式（Ｉ）：ＬｉＸＹＰＯ_４（ＸおよびＹが同一または異なっており、ＨまたはＬｉを示す）の化合物と無水ＨＦとの反応によってＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む反応混合物を形成することによって製造される。好ましくは、ＬｉＨ_２ＰＯ_４が出発原料として用いられる。ＬｉＰＯ_２Ｆ_２が、ジメチルカーボネートまたはプロピレンカーボネートによる抽出によって反応混合物から単離され得る。

Description

本発明は、２０１０年７月８日に出願された欧州特許出願第１０１６８８８６．９号明細書の優先権を主張し、この出願の全内容はあらゆる目的のために参照によってここに組み込まれる。

本発明は、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２ならびに所定の溶剤、例えばプロピレンカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液の製造方法に関する。

ＬｉＰＯ_２Ｆ_２は、リチウムイオンバッテリのための添加剤として有用である。したがって、特許文献１には、フッ化物以外のハロゲン化物、ＬｉＰＦ_６および水からＬｉＰＦ_６とＬｉＰＯ_２Ｆ_２との混合物を製造する方法が開示されている。非プロトン性溶媒に溶解された得られた塩混合物は、リチウムイオンバッテリのための電解質溶液として使用される。特許文献２には、最新技術としてＰ_２Ｏ_３Ｆ_４およびＬｉ化合物からのＬｉＰＯ_２Ｆ_２の製造、ならびにＬｉＰＦ_６およびＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有する化合物、例えばシロキサンからのＬｉＰＯ_２Ｆ_２の製造が記載されている。生成物はＬｉＰＦ_６を含有する。

国際公開第２００８／１１１３６７号パンフレット欧州特許出願公開第Ａ−２０６１１１５号明細書

本発明の目的は、技術的に実行可能な方法でＬｉＰＯ_２Ｆ_２を提供することおよび高濃度のＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む溶液を提供することである。本発明のさらなる目的は、技術的に実行可能な方法で高純度のＬｉＰＯ_２Ｆ_２を提供することである。これらの目的およびその他の目的は、特許請求の範囲に記載されたように本発明によって達成される。

本発明の１つの態様によれば、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２が、一般式（Ｉ）：ＬｉＸＹＰＯ_４（ＸおよびＹが同一または異なっており、ＨまたはＬｉを示す）の化合物と無水ＨＦとの反応によってＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む反応混合物を形成することによって製造される。好ましくは、ＸおよびＹがＨである。

化合物Ｌｉ_３ＰＯ_４が出発原料として用いられる場合、全てのＬｉ_３ＰＯ_４をＬｉＰＯ_２Ｆ_２、水およびＬｉＦに変換するために４モルのＨＦが化学量論的に必要とされる。この出発原料のために、ＨＦ：Ｌｉ_３ＰＯＦ_４の比は好ましくは６：１以上である。好ましくは、それは２０：１以下である。Ｌｉ_３ＰＯ_４を出発原料として用いることによってＬｉＦが副生成物として形成される。

ＬｉＨ_２ＰＯ_４は式（Ｉ）の好ましい出発原料である。これは本発明の方法の好ましい実施形態である。ＬｉＨ_２ＰＯ_４の全てをＬｉＰＯ_２Ｆ_２および水に変換するために２モルのＨＦが化学量論的に必要とされる。好ましくは、この実施形態において、ＨＦ：ＬｉＨ_２ＰＯ_４のモル比は３：１以上である。より好ましくは、ＨＦ：ＬｉＨ_２ＰＯ_４のモル比は５：１以上である。好ましくは、ＨＦ：ＬｉＨ_２ＰＯ_４のモル比は２５：１以下である。より好ましくは、ＨＦ：ＬｉＨ_２ＰＯ_４のモル比は２０：１以下である。

好ましくは、反応は少なくともその時間の一部の間、加圧下で行われる。これはＨＦを液相に維持するのに役立つ。好ましくは、反応は自生圧下で、特にオートクレーブ内で行われる。

ＬｉＨ_２ＰＯ_４とＨＦとの間の反応は好ましくは、１００℃以上の温度において行われる。反応はより低い圧力において行われてもよいが、反応時間が長くなり過ぎるかもしれない。それは好ましくは２２０℃以下の温度、より好ましくは、１８０℃以下の温度において行われる。好ましくは、温度は１００〜１８０℃の範囲に維持される。

反応時間は、所望の変換率が達成されるように選択される。しばしば、１０分〜３時間の反応時間が良い結果をもたらす。

加圧下での反応後、反応混合物は好ましくは、加圧を伴わない後処理にかけられる。この後処理において、気体化合物を放出することによって圧力は周囲圧力にされる。気体成分（主に未反応ＨＦ）を洗浄器または吸着剤を通過させてＨＦを除去するかまたは再使用のために凝縮する。残りの液体反応混合物を好ましくは１６０℃以上の温度まで、より好ましくは１８０℃以上の温度まで加熱する。好ましくは、後処理は２２０℃以下の温度において行われる。

好ましくは、後処理は１６０〜２２０℃の範囲の温度、より好ましくは、１８０℃超〜２２０℃以下の範囲の温度において行われる。

後処理時間は好ましくは１０分以上である。それは好ましくは２時間以下である。

反応混合物はしばしば、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２およびＬｉ_２ＰＯ_３ＦならびにＬｉＦを含有する。反応混合物はＬｉＰＦ_６を含有しない。したがって、本発明の方法は、公知のＬｉＰＯ_２Ｆ_２とは異なっているＬｉＰＯ_２Ｆ_２をもたらす。

ＬｉＰＯ_２Ｆ_２およびＬｉ_２ＰＯ_３Ｆを一切のＬｉＦから単離することが望ましい場合、極性非プロトン性溶媒を用いることができる。例えば、ジアルキルカーボネートがこの目的のために適している。他の溶剤は、アセトン、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、エチルアセテート、アセトニトリル、およびジエチルカーボネートである。

ＬｉＰＯ_２Ｆ_２を選択的に単離することが望ましい場合、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２がその中に可溶性であり、Ｌｉ_２ＰＯ_３ＦならびにＬｉＦが可溶性でないので、プロピレンカーボネートが非常に適した溶剤とされる。他の非常に適した溶剤は、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネートとプロピレンカーボネートとの混合物、アセトニトリル、ジメトキシエタンおよびアセトンである。周囲温度においてのこれらの溶剤中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶解度を以下の表１に記載する。

アセトニトリル中、特にジメトキシエタンおよびアセトン中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶解度は著しく高い。アセトンはＬｉイオンバッテリのための溶剤としてあまり適していないが、それはＬｉＰＯ_２Ｆ_２に対する非常に高い溶解度およびＬｉＦに対する非常に低い溶解度を有するのでＬｉＰＯ_２Ｆ_２の精製のために有利に使用され得る。したがって、ＬｉＦとＬｉＰＯ_２Ｆ_２とを含む混合物は、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２をアセトンに溶解する工程と、濾過して固体ＬｉＦを除去する工程とによって容易に分離され得る。ＬｉＰＯ_２Ｆ_２は、アセトン中のその溶液から、例えばアセトンの蒸発によって回収され得る。

ジメトキシエタン中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶解度は、アセトン中の溶解度よりもさらに高い。ジメトキシエタンも、Ｌｉイオンバッテリのための溶剤または溶剤添加剤として考えられる。したがって、ジメトキシエタン−同じくＬｉＦをせいぜい無視できる量しか溶解しない−がアセトンの使用に関して上に説明されたようにＬｉＰＯ_２Ｆ_２の精製のために使用されてもよく、さらにそれはＬｉイオンバッテリ溶剤中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶解度を上げるために用いられてもよい。

ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネートおよびそれらの混合物−それもＬｉＦをせいぜい無視できる量しか溶解しない−中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液が、ＬｉＦとＬｉＰＯ_２Ｆ_２とを含有する組成物、例えば混合物または沈殿物のような固形分を精製するために使用されてもよい。

ＬｉＰＯ_２Ｆ_２と、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメトキシエタン、アセトニトリルおよびアセトンならびにそれらの混合物から選択された少なくとも１つの溶剤とを含む、またはそれらからなる溶液もまた、本発明の態様である。好ましくは、これらの溶剤はＬｉＦを本質的に含有しない。好ましくは、ＬｉＦの含有量は溶液１リットル当たり０．０１ｇ以下である。好ましくは、溶液はＬｉＰＦ_６を本質的に含有しない。より好ましくは、ＬｉＰＦ_６の含有量は、溶液１リットル当たり０．１ｇ以下、さらにより好ましくは、溶液１リットル当たり０．０１ｇ以下である。

好ましい溶液を表２に記載する。

より好ましくは、ジメチルカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は、溶剤１００ｇあたり０．２ｇ〜０．４ｇのＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含有する。好ましくは、この溶液において、ＬｉＦの含有量は＜０．０１ｇ／溶剤１００ｇであり、ＬｉＰＦ_６の含有量は＜０．１ｇ／溶剤１００ｇである。

より好ましくは、ジメチルカーボネート／プロピレンカーボネート１：１（ｖ／ｖ）中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は、溶剤１００ｇあたり０．２ｇ〜０．４ｇのＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含有する。好ましくは、この溶液において、ＬｉＦの含有量は＜０．０１ｇ／溶剤１００ｇであり、ＬｉＰＦ_６の含有量は＜０．１ｇ／溶剤１００ｇである。

より好ましくは、アセトニトリル中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は、溶剤１００ｇあたり１．４ｇ〜２．８ｇのＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含有する。好ましくは、この溶液において、ＬｉＦの含有量は＜０．０１ｇ／溶剤１００ｇであり、ＬｉＰＦ_６の含有量は＜０．１ｇ／溶剤１００ｇである。

より好ましくは、ジメトキシエタン中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は、溶剤１００ｇあたり２０ｇ〜３７ｇのＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含有する。好ましくは、この溶液において、ＬｉＦの含有量は＜０．０１ｇ／溶剤１００ｇであり、ＬｉＰＦ_６の含有量は＜０．１ｇ／溶剤１００ｇである。

より好ましくは、アセトン中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は、溶剤１００ｇあたり１０ｇ〜２０ｇのＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含有する。好ましくは、この溶液において、ＬｉＦの含有量は＜０．０１ｇ／溶剤１００ｇであり、ＬｉＰＦ_６の含有量は＜０．１ｇ／溶剤１００ｇである。

特に好ましくは、「より好ましくは」として示されたこれらの５つの溶液は、前記した量の前記溶剤およびＬｉＰＯ_２Ｆ_２からなる。

好ましい溶液は、プロピレンカーボネートとＬｉＰＯ_２Ｆ_２とを含有するか、またはこれらからなる。この好ましい溶液に関して、本発明のこの態様をさらに説明する。

プロピレンカーボネート中に溶解されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は、反応混合物の溶解されていない固形分から分離され得る。例えば、溶液はフィルターを通過されてもよく、またはそれはデカンテーションされてもよい。溶液はそのままで有用であり、例えば、リチウムイオンバッテリの電解質溶液の製造のための添加剤として有用である。

必要ならば、プロピレンカーボネート中の溶解されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液が分離処理にかけられてプロピレンカーボネートを高純度の固体ＬｉＰＯ_２Ｆ_２から分離する。例えば、プロピレンカーボネートを蒸発によって除去することができる。約２４０℃のプロピレンカーボネートの高い沸点を考慮して、この蒸発は好ましくは真空下で行われる。単離されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２をリチウムイオンバッテリの製造のための添加剤として使用することができる。プロピレンカーボネートを溶剤として使用する利点は、溶解されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２を結晶形態で単離することができることである。他の溶剤は非晶質生成物を生じる。

本発明の方法において得られた結晶ＬｉＰＯ_２Ｆ_２はＬｉＰＦ_６を含有しない。

プロピレンカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は、標準条件（２５℃、１Ｂａｒ）下で、プロピレンカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液の全重量に対して約３重量％までのＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含有する。ＬｉＰＯ_２Ｆ_２がリチウムイオンバッテリのための添加剤として適していることは例えば国際公開第２００８／１１１３６７号パンフレットから公知である。また、プロピレンカーボネートはリチウムイオンバッテリの製造のために有用な溶剤であることは公知である。したがって、本発明によって提供されたプロピレンカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２と溶剤との両方を提供することができるので、リチウムイオンバッテリのための添加剤組成物として適している。リチウムイオンバッテリのための電解質溶液を提供するために、プロピレンカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液を別の電解質塩および別の単数及び複数の溶剤と混合することができる。例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２−ｉ−Ｃ_３Ｆ７）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２−ｎ−Ｃ_３Ｆ_７）_２、ＬｉＢＣ_４Ｏ_８（「ＬｉＢＯＢ」）、またはＬｉ（Ｃ_２Ｆ_５）ＰＦ_３のような電解質塩、および１つまたは複数のさらなる溶剤、例えばジアルキルカーボネート、例えばジメチルカーボネートまたはエチルカーボネート、アルキレンカーボネート、例えばエチレンカーボネート、フッ素化溶剤、例えばモノ−、ジ−、トリ−および／またはテトラフルオロエチレンカーボネート、および／またはいずれかの他の所望の溶剤または添加剤を容器内でプロピレンカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液と配合し、均質化してリチウムイオンバッテリの製造に適した電解質溶液をもたらす。

従って、プロピレンカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は有益な中間体であり、本発明の別の特に好ましい態様である。

１つの実施形態において、溶液は本質的にＬｉＰＯ_２Ｆ_２とプロピレンカーボネートとからなる。用語「本質的に（ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」は好ましくは、溶液が９５重量％以上、好ましくは９８重量％以上のＬｉＰＯ_２Ｆ_２とプロピレンカーボネートとを含有することを意味する。溶液中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の含有量は好ましくは０．１重量％以上である。好ましくは、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の濃度は、所与の温度において達成され得るプロピレンカーボネート中の最大濃度以下である。最も好ましくは、溶液中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の濃度は溶液の全重量の３重量％以下である。多くの目的のために、溶液中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の濃度は可能な限り高いことが望ましく、例えば２重量％以上から溶解度の限界までであるのが望ましい。しばしば、濃度は溶液の全重量の約２〜約３重量％の範囲である。

この実施形態において、溶液は好ましくは、９７〜９８重量％のプロピレンカーボネートと２〜３重量％のＬｉＰＯ_２Ｆ_２とからなる。

別の実施形態において、溶液は、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２と、プロピレンカーボネートと、リチウムイオンバッテリのための電解質塩および溶剤からなる群から選択された少なくとも１つのさらなる成分とを含む。少なくとも１つのさらなる電解質塩は好ましくは、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２−ｉ−Ｃ_３Ｆ_７）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２−ｎ−Ｃ_３Ｆ_７）_２、ＬｉＢＣ_４Ｏ_８（「ＬｉＢＯＢ」）、またはＬｉ（Ｃ_２Ｆ_５）ＰＦ_３からなる群から選択される。少なくとも１つのさらなる電解質塩の濃度は、いくつかのさらなる電解質塩が含有される場合でも、Ｌｉ塩の全濃度が好ましくは約０．９〜１．１モルであるように選択されるのが好ましい。ＬｉＰＦ_６が好ましいさらなる電解質塩である。それは好ましくは、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２が約０．２〜０．２８モル／リットルの量において含有される時に０．６２〜０．９モル／リットルの濃度において含有され、そこにおいてリチウム塩の総量は約０．９〜１．１モル／リットルの全モル濃度になる。

少なくとも１つのさらなる溶剤は、本技術分野に公知である溶剤のなかから選択される。いくつかの有用なタイプの溶剤は、Ｍ．Ｕｅらの出版物、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｖｏｌ．１４１（１９９４年）、２９８９〜２９９６ページに示されている。独国特許出願公開第１００１６８１６号明細書に記載されているように、ラクトン、ホルムアミド、ピロリジノン、オキサゾリジノン、ニトロアルカン、Ｎ，Ｎ−置換ウレタン、スルホラン、ジアルキルスルホキシド、ジアルキルスルフィット、およびトリアルキルホスフェートまたはアルコキシエステルが有用な溶剤である。

アルキルカーボネートおよびアルキレンカーボネート、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、およびプロピレンカーボネートが特に適しており、欧州特許出願公開第Ａ−０６４３４３３号明細書を参照のこと。また、ピロカーボネートも有用であり、米国特許出願公開第Ａ−５４２７８７４号明細書を参照のこと。アルキルアセテート、Ｎ，Ｎ−二置換アセトアミド、スルホキシド、ニトリル、グリコールエーテルおよびエーテルも有用であり、欧州特許出願公開第Ａ−０６６２７２９号明細書を参照のこと。しばしば、これらの溶剤の混合物が用いられる。ジオキソランは有用な溶剤であり、欧州特許出願公開第Ａ−０３８５７２４号明細書を参照のこと。リチウムビス−（トリフルオロメタンスルホニル）イミドのために、１，２−ビス−（トリフルオルアセトキシ）エタンおよびＮ，Ｎ−ジメチルトリフルオロアセトアミドが溶剤として用いられ、ＩＴＥＢａｔｔｅｒｙＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ．１（１９９９年）、１０５〜１０９ページを参照のこと。前述の記載において、用語「アルキル」は好ましくは、飽和直鎖または分枝Ｃ１〜Ｃ４アルキル基を意味する。他の非常に適した付加的な溶剤は、ジメトキシエタン、ニトリルおよびジニトリル、特にアセトニトリルである。また、ケトン、例えば、アセトンが非常に良い溶剤であるが、α−Ｈ原子を有するそれらのケトンは、Ｌｉイオンバッテリのための好ましい溶剤ではない。しかしアセトンは非常に多量のＬｉＰＯ_２Ｆ_２を溶解し、したがって、例えば精製工程の間に用いられてもよい。

また、フルオロ置換有機化合物は、少なくとも１つのさらなる溶剤として適している。

ハロゲン化炭酸エステルの例には、ハロゲン化エチレンカーボネート、ハロゲン化ジメチル、ハロゲン化エチルメチルカーボネート、およびハロゲン化ジエチルカーボネートなどがある。用語「ハロゲン化」は、特に好ましくは「フッ素化」を意味する。

好ましいフルオロ置換された溶剤は、フルオロエチレンカーボネート、４，４−ジフルオロエチレンカーボネート、シス−およびトランス４，５−ジフルオロエチレンカーボネート、４−フルオロ−４−メチルエチレンカーボネート、４，５−ジフルオロ−４−メチルエチレンカーボネート、４−フルオロ−５−メチルエチレンカーボネート、４，４−ジフルオロ−５−メチルエチレンカーボネート、４−（フルオロメチル）−エチレンカーボネート、４−（ジフルオロメチル）−エチレンカーボネート、４−（トリフルオロメチル）−エチレンカーボネート、４−（フルオロメチル）−４−フルオロエチレンカーボネート、４−（フルオロメチル）−５−フルオロエチレンカーボネート、４−フルオロ−４，５−ジメチルエチレンカーボネート、４，５−ジフルオロ−４，５−ジメチルエチレンカーボネート、および４，４−ジフルオロ−５，５−ジメチルエチレンカーボネートである。

ジメチルカーボネート誘導体の例には、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、ビス（フルオロメチル）カーボネート、ビス（ジフルオロ）メチルカーボネート、およびビス（トリフルオロ）メチルカーボネートなどがある。

エチルメチルカーボネート誘導体の例には、２−フルオロエチルメチルカーボネート、エチルフルオロメチルカーボネート、２，２−ジフルオロエチルメチルカーボネート、２−フルオロエチルフルオロメチルカーボネート、エチルジフルオロメチルカーボネート、２，２，２−トリフルオロエチルメチルカーボネート、２，２−ジフルオロエチルフルオロメチルカーボネート、２−フルオロエチルジフルオロメチルカーボネート、およびエチルトリフルオロメチルカーボネートなどがある。

ジエチルカーボネート誘導体の例には、エチル（２−フルオロエチル）カーボネート、エチル（２，２−ジフルオロエチル）カーボネート、ビス（２−フルオロエチル）カーボネート、エチル（２，２，２−トリフルオロエチル）カーボネート、２，２−ジフルオロエチル２’−フルオロエチルカーボネート、ビス（２，２−ジフルオロエチル）カーボネート、２，２，２−トリフルオロエチル２’−フルオロエチルカーボネート、２，２，２−トリフルオロエチル２’，２’−ジフルオロエチルカーボネート、およびビス（２，２，２−トリフルオロエチル）カーボネートなどがある。

フルオロエチレンカーボネート、４−（フルオロメチル）−エチレンカーボネート、４，４−ジフルオロエチレンカーボネート、およびシス−およびトランス−４，５−ジフルオロエチレンカーボネートおよびそれらの混合物が特に好ましい。

また、不飽和結合とフッ素原子との両方を有する炭酸エステル（以下、「フッ素化不飽和炭酸エステル」と略される）を特定の炭酸エステルとして使用することができる。フッ素化不飽和炭酸エステルには、本発明の利点を著しく損なわない一切のフッ素化不飽和炭酸エステルを含める。

フッ素化不飽和炭酸エステルの例には、芳香環または炭素−炭素不飽和結合を有する置換基によって置換されたビニレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート誘導体、アリルカーボネートなどがある。

ビニレンカーボネート誘導体の例には、フルオロビニレンカーボネート、４−フルオロ−５−メチルビニレンカーボネートおよび４−フルオロ−５−フェニルビニレンカーボネートなどがある。

芳香環または炭素−炭素不飽和結合を有する置換基によって置換されたエチレンカーボネート誘導体の例には、４−フルオロ−４−ビニルエチレンカーボネート、４−フルオロ−５−ビニルエチレンカーボネート、４，４−ジフルオロ−４−ビニルエチレンカーボネート、４，５−ジフルオロ−４−ビニルエチレンカーボネート、４−フルオロ−４，５−ジビニルエチレンカーボネート、４，５−ジフルオロ−４，５−ジビニルエチレンカーボネート、４−フルオロ−４−フェニルエチレンカーボネート、４−フルオロ−５−フェニルエチレンカーボネート、４，４−ジフルオロ−５−フェニルエチレンカーボネート、４，５−ジフルオロ−４−フェニルエチレンカーボネートおよび４，５−ジフルオロ−４，５−ジフェニルエチレンカーボネートなどがある。

フェニルカーボネートの例には、フルオロメチルフェニルカーボネート、２−フルオロエチルフェニルカーボネート、２，２−ジフルオロエチルフェニルカーボネートおよび２，２，２−トリフルオロエチルフェニルカーボネートなどがある。

ビニルカーボネートの例には、フルオロメチルビニルカーボネート、２−フルオロエチルビニルカーボネート、２，２−ジフルオロエチルビニルカーボネートおよび２，２，２−トリフルオロエチルビニルカーボネートなどがある。

アリルカーボネートの例には、フルオロメチルアリルカーボネート、２−フルオロエチルアリルカーボネート、２，２−ジフルオロエチルアリルカーボネートおよび２，２，２−トリフルオロエチルアリルカーボネートなどがある。

フルオロ置換カーボネートの量は好ましくは、電解質溶液の全重量に対して０．１〜２０重量％の範囲である。

このような混合物において、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の含有量は好ましくは２〜３重量％であり、他のＬｉ塩の含有量は、リチウム塩の総量が好ましくは約０．９〜１．１モルであるような含有量であり、プロピレンカーボネートの含有量は好ましくは１〜５０重量％であり、１００重量％に対しての残量は少なくとも１つの他の溶剤によって構成される。これらの量は、それぞれ１００重量％およびモル％に定められた塩／溶剤混合物の全重量を基準とする。

プロピレンカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液は、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２を溶解することによって製造され得るが、必要ならば、上に記載されたようにさらなる塩および／または溶剤が添加される。

本発明の方法の利点はとりわけ、高純度ＬｉＰＯ_２Ｆ_２が安価な出発原料から得られることである。

参照によって本明細書に組み込まれる一切の特許、特許出願、および刊行物の開示は、用語を不明確にする程度まで本説明と対立する場合、本説明が優先されるものとする。

以下の実施例は本発明をさらに詳細に説明し、それを制限する意図はない。

実施例１：ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の合成および単離
実施例１．１：ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の合成
ＬｉＨ_２ＰＯ_４（０．２４モル）およびＨＦ（２．４モル）をオートクレーブに入れ、その中で約１４０℃の温度に加熱し、約２時間その温度に維持した。オートクレーブを開け、周囲圧力にした。気体生成物をオートクレーブから放出する。残りの反応混合物を約２００℃にして、約１時間その温度に維持した。原反応生成物をＸＲＤ（レントゲン回折法）によって分析した。それはＬｉＦ、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２およびＬｉ_２ＰＯ_３Ｆの混合物からなる。

実施例１．２：ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の単離
プロピレンカーボネートを実施例１．１において得られた塩混合物の一部に添加し、得られた固体／液体組成物を３０分間にわたって攪拌した。液体を一切の残りの固形分から分離した。得られた溶液はＬｉＰＯ_２Ｆ_２およびプロピレンカーボネートからなった。

減圧下で溶剤を溶液から除去した。得られた固体は、Ｆ−ＮＭＲおよびＰ−ＮＭＲによって高純度ＬｉＰＯ_２Ｆ_２であると同定された。

実施例１．３：ＬｉＰＯ_２Ｆ_２とＬｉ_２ＰＯ_３Ｆとの混合物の単離
実施例１．２を繰り返したが、ジエチルカーボネートを溶剤として用いた。溶解されていない固形分から分離した後、溶剤を除去し、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２およびＬｉ_２ＰＯ_３Ｆとの混合物を得た。

実施例２：Ｌｉ_３ＰＯ_４からのＬｉＰＯ_２Ｆ_２の製造
実施例１を繰り返したが、Ｌｉ_３ＰＯ_４を出発原料として用いた。得られた反応混合物は、実施例１．１の反応混合物と比べてより多量のＬｉＦを含有する。ＬｉＰＯ_２Ｆ_２を結晶形態で単離するために溶剤としてプロピレンカーボネートを用いて反応混合物を抽出し、真空中で溶剤を除去した。

実施例３：Ｌｉ_３ＰＯ_４からのＬｉＰＯ_２Ｆ_２の製造
実施例２を繰り返す。ＬｉＰＯ_２Ｆ_２を結晶形態で単離するために溶剤としてジメチルカーボネートを用いて反応混合物を抽出し、真空中で溶剤を除去する。

結晶ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の分析データ：
・ＸＲＤ：２−シータ値：２１．５（強い）；２２．０；２３．５；２７．０（強い）；３４．２；４３．２
・^１９Ｆ−ＮＭＲ（４７０．９４ＭＨｚ；Ｄ−アセトン中の溶液）：−８４．２５ｐｐｍ（二重項、−８３．３ｐｐｍおよび−８５．２ｐｐｍに２本の線、カップリング定数９２６Ｈｚ）
・^３１Ｐ−ＮＭＲ（２０２，６１ＭＨｚ；Ｄ−アセトン中の溶液）：−１９，６ｐｐｍ（三重項、−１２．３ｐｐｍ、−１６．９ｐｐｍおよび−２１．５ｐｐｍに３本の線；カップリング定数９２６Ｈｚ）。

融点：化合物が約３５０℃超の温度において分解するので、融点を測定することができない。

比較のために：ＨＰＯ_２Ｆ_２（相当する遊離酸。Ｈ_２ＰＯ_３Ｆをさらに含む、数滴の水で、ＬｉＰＦ_６の加水分解生成物として調製され、プロピレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合物中で測定された）に対して、−８３．３ｐｐｍにおいて二重項、カップリング定数９７５Ｈｚが^１９Ｆ−ＮＭＲスペクトルについて報告されており、^３１Ｐ−ＮＭＲスペクトルにおいて−２１．６ｐｐｍにおいて三重項、カップリング定数９７５Ｈｚが文献に報告されている。

実施例４：プロピレンカーボネート中の高純度ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液の製造
不活性ガス（窒素）下で、高純度ＬｉＰＯ_２Ｆ_２を約２０℃のプロピレンカーボネート中に溶解し、その結果、約２．７５重量％のＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む溶液を得る。

実施例５：他の溶剤中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液の製造
不活性ガス（窒素）下で、高純度ＬｉＰＯ_２Ｆ_２が約２０℃の各溶剤または溶剤混合物中に溶解され、その結果、以下の表３に示された溶解されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２の量を含有する溶液が得られた。溶液Ｎ゜１のデータは実施例４から取られ、表３の溶液Ｎ°２〜６のデータは表１のデータに相当する。

実施例６：Ｌｉイオンバッテリに適したバッテリ電解質
１．表３の溶液Ｎ°１をモノフルオロエチレンカーボネートと混合し、得られたバッテリ電解質にＬｉＰＦ_６を溶解し、その結果、Ｌｉ塩の全含有量が１モルであり、モノフルオロエチレンカーボネートの量が得られたバッテリ電解質の全重量の約４重量％である。

２．表３の溶液Ｎ°２をモノフルオロエチレンカーボネートと混合し、得られたバッテリ電解質にＬｉＰＦ_６を溶解し、その結果、Ｌｉ塩の全含有量が１モルであり、モノフルオロエチレンカーボネートの量が得られたバッテリ電解質の全重量の約４重量％である。

３．表３の溶液Ｎ°３をモノフルオロエチレンカーボネートと混合し、得られたバッテリ電解質にＬｉＰＦ_６を溶解し、その結果、Ｌｉ塩の全含有量が１モルであり、モノフルオロエチレンカーボネートの量が得られたバッテリ電解質の全重量の約４重量％である。

４．表３の溶液Ｎ°４をモノフルオロエチレンカーボネートと混合し、得られたバッテリ電解質にＬｉＰＦ_６を溶解し、その結果、Ｌｉ塩の全含有量が１モルであり、モノフルオロエチレンカーボネートの量が得られたバッテリ電解質の全重量の約４重量％である。

５．表３の溶液Ｎ°４をプロピレンカーボネートおよびモノフルオロエチレンカーボネートと混合し、得られたバッテリ電解質にＬｉＰＦ_６を溶解し、その結果、Ｌｉ塩の全含有量が１モルであり、モノフルオロエチレンカーボネートの量が得られたバッテリ電解質の全重量の約４重量％である。溶液Ｎ°４の含有量は、得られたバッテリ電解質の全体積の約２０体積％に相当するような量において添加される。

６．表３の溶液Ｎ°５をモノフルオロエチレンカーボネートと混合し、得られたバッテリ電解質にＬｉＰＦ_６を溶解し、その結果、Ｌｉ塩の全含有量が１モルであり、モノフルオロエチレンカーボネートの量が得られたバッテリ電解質の全重量の約４重量％である。

７．表３の溶液Ｎ°５の２０ｍｌをモノフルオロエチレンカーボネート３ｍｌおよびプロピレンカーボネート８０ｍｌと混合し、得られたバッテリ電解質にＬｉＰＦ_６を溶解し、その結果、Ｌｉ塩の全含有量が１モルである。

８．表３の溶液Ｎ°５の２０ｍｌをモノフルオロエチレンカーボネート３ｍｌおよび１：１（ｖ／ｖ）の比のジメチルカーボネート／プロピレンカーボネート８０ｍｌと混合し、得られたバッテリ電解質にＬｉＰＦ_６を溶解し、その結果、Ｌｉ塩の全含有量が１モルである。

実施例６：ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の精製のためのジメトキシエタンおよびアセトンの使用
１．ＬｉＰＯ_２Ｆ_２を９５重量％およびＬｉＦを５重量％含む混合物２０ｇを約２０℃のアセトン１２０ｍｌで抽出する。残りの固体を濾過し、液相を真空中で処理して溶剤を蒸発させる。高純度ＬｉＰＯ_２Ｆ_２が得られる。

２．ＬｉＰＯ_２Ｆ_２を９５重量％およびＬｉＦを５重量％含む混合物２０ｇを約２０℃のジメトキシエタン６０ｍｌで抽出する。残りの固体を濾過し、液相を真空中で処理して溶剤を蒸発させる。高純度ＬｉＰＯ_２Ｆ_２が得られる。

Claims

一般式（Ｉ）：ＬｉＸＹＰＯ_４（ＸおよびＹが同一または異なっており、ＨまたはＬｉを示す）の化合物と無水ＨＦとの反応によってＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む反応混合物を形成することによる、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の製造方法。
ＸおよびＹがＨである、請求項１に記載の方法。
ＨＦ：ＬｉＨ_２ＰＯ_４のモル比が３：１以上である、請求項１または２に記載の方法。
前記反応が少なくとも部分的に加圧下で行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
加圧下で行われた前記反応の後に、加圧を伴わない後処理が行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
前記反応が１００〜１８０℃の範囲の温度において加圧下で行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
前記後処理が１６０〜２２０℃の範囲の温度において行われる、請求項５に記載の方法。
形成された前記ＬｉＰＯ_２Ｆ_２がプロピレンカーボネート中に溶解されて、プロピレンカーボネート中に溶解されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液を形成する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記プロピレンカーボネート中に溶解されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液が前記反応混合物から分離される、請求項８に記載の方法。
前記プロピレンカーボネート中に溶解されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２の溶液が分離処理にかけられてプロピレンカーボネートを分離して固体ＬｉＰＯ_２Ｆ_２を単離する、請求項８または９に記載の方法。
分離処理が前記プロピレンカーボネートの蒸発の工程を含む、請求項１０に記載の方法。
プロピレンカーボネート中に溶解されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む溶液。
本質的にプロピレンカーボネート中のＬｉＰＯ_２Ｆ_２からなる、請求項１２に記載の溶液。
ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート／プロピレンカーボネート、アセトニトリル、ジメトキシエタン、アセトンおよびそれらの混合物からなる群から選択された溶剤中に溶解されたＬｉＰＯ_２Ｆ_２を含む、またはからなる溶液。
ＬｉＰＯ_２Ｆ_２の含有量が、２０℃においての飽和濃度の約５０％から２０℃においての飽和濃度までである、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の溶液。
ＬｉＦを本質的に含有しない、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の溶液。