特表2021-526500(P2021-526500A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特表2021-526500リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩を精製するための方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2021-526500(P2021-526500A)
(43)【公表日】2021年10月7日
(54)【発明の名称】リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩を精製するための方法
(51)【国際特許分類】
   C01B 21/086 20060101AFI20210910BHJP
   H01M 10/0568 20100101ALN20210910BHJP
【FI】
   C01B21/086
   H01M10/0568
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2020-567036(P2020-567036)
(86)(22)【出願日】2019年5月28日
(85)【翻訳文提出日】2021年1月25日
(86)【国際出願番号】FR2019051250
(87)【国際公開番号】WO2019229372
(87)【国際公開日】20191205
(31)【優先権主張番号】1854766
(32)【優先日】2018年6月1日
(33)【優先権主張国】FR
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】505005522
【氏名又は名称】アルケマ フランス
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】ルデュック, フィリップ
(72)【発明者】
【氏名】シュミット, グレゴリー
(72)【発明者】
【氏名】ドゥール−ベール, ドミニク
【テーマコード(参考)】
5H029
【Fターム(参考)】
5H029AJ14
5H029AM07
(57)【要約】
本発明は、リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩を精製するための方法に関する。本発明は、リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩を少なくとも一つの溶媒S1中の溶液中で精製するため方法に関し、前記方法は、− 炭化ケイ素ベース若しくはフッ素化ポリマーベースの機器の一部;又は内表面を含む金属若しくはガラス機器の一部であって、前記内表面が、ポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているリチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩と接触し得る、金属若しくはガラス機器の一部中で行われる少なくとも一つの精製工程を含む。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩を少なくとも一つの溶媒S1中の溶液中で精製するため方法であって、
− 炭化ケイ素若しくはフルオロポリマーに基づく機器;又は
− 内表面を含む鋼、好ましくは炭素鋼でできた機器であって、前記内表面が、ポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、機器
中で実施される少なくとも一つの精製工程を含む、方法。
【請求項2】
溶媒S1が、エステル、ニトリル、エーテル、及びそれらの混合物で構成される群から好ましくは選択される有機溶媒であり、前記溶媒S1が、有利には、酢酸エチル、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジエチルエーテル、及びそれらの混合物から選択され;前記溶媒S1が、優先的には酢酸ブチルである、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
精製工程が、ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩が水と接触している工程である、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項4】
以下の工程:
a)脱イオン水を用いてビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を液液抽出し、前記ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩の水溶液を回収する工程;
a’)前記塩の前記水溶液を任意選択的に濃縮する工程;
b)少なくとも一つの有機溶媒S2を用いて前記水溶液からビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を液液抽出する工程;
c)前記有機溶媒S2のエバポレーションによりビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を濃縮する工程;
d)ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を任意選択的に結晶化する工程;
を含み、工程a)、a’)、b)又はc)の少なくとも一つが:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくはフルオロポリマーに基づく機器;又は
− 内表面を含む鋼でできた機器であって、前記内表面が、ポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、機器
中で実施される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
ポリマーコーティングが、以下のポリマー:ポリオレフィン、例えばポリエチレン、フルオロポリマー、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(C及びペルフルオロ化ビニルエーテルのコポリマー)、FEP(テトラフルオロエチレン及びペルフルオロプロペンのコポリマー、例えば、C及びCのコポリマー)、ETFE(テトラフルオロエチレン及びエチレンのコポリマー)、及びFKM(ヘキサフルオロプロピレン及びジフルオロエチレンのコポリマー)の少なくとも一つを含み、ポリマーコーティングが、特に、少なくとも一つのフルオロポリマー、優先的にはPFA、PTFE又はPVDFを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
フルオロポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(C及びペルフルオロ化ビニルエーテルのコポリマー)及びETFE(テトラフルオロエチレン及びエチレンのコポリマー)から選択される、請求項1又は5に記載の方法。
【請求項7】
液液抽出工程(a)が以下:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは請求項6に記載のフルオロポリマーに基づく、抽出カラム又はミキサ−デカンタ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、抽出カラム又はミキサ−デカンタであって、前記抽出カラム又は前記ミキサ−デカンタが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは請求項5に記載のポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、抽出カラム又はミキサ−デカンタ
中で実施される、請求項4から6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
工程a)が、少なくとも1回、好ましくは1回から10回、優先的には1回から4回繰り返される、請求項4から7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
好ましくは、以下:
・減圧下、例えば50mbar abs未満(好ましくは30mbar abs)の圧力;及び/又は
・25℃と60℃の間、好ましくは25℃と50℃の間、優先的には25℃と40℃の間の温度
で実施される濃縮工程a’)を含む、請求項4から8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
濃縮工程(a’)が以下:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは請求項6に記載のフルオロポリマーに基づく、交換器又はエバポレータ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、交換器又はエバポレータであって、前記交換器又はエバポレータが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは請求項5に記載のポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、交換器又はエバポレータ
中で実施され、
工程a’)が、優先的には、バルク炭化ケイ素でできた、交換器又はエバポレータ中で実施される、請求項4から9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
液液抽出工程(b)が以下:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは請求項6に記載のフルオロポリマーに基づく、抽出カラム又はミキサ−デカンタ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、抽出カラム又はミキサ−デカンタであって、前記抽出カラム又は前記ミキサ−デカンタが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは請求項5に記載のポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、抽出カラム又はミキサ−デカンタ
中で実施される、請求項4から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
有機溶媒S2が、エステル、ニトリル、エーテル、塩素化溶媒、芳香族溶媒、及びそれらの混合物で構成される群から選択され、前記溶媒S2が、好ましくは、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、メチル t−ブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸メチル、酢酸ブチル、メチルプロピオネート、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジエチルエーテル、及びそれらの混合物から選択され、前記有機溶媒S2が、有利には、酢酸ブチルである、請求項4から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
工程(c)が以下:
− 先述の工程で得られた溶液を予備濃縮する工程c−1);及び
− 工程c−1)で得られた溶液を濃縮する工程c−2)
を含む、請求項4から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
予備濃縮工程c−1)が、以下:
− 25℃から60℃、好ましくは25℃から50℃の範囲の温度、及び/又は
− 減圧下、例えば50mbar abs未満の圧力、特に30mbar absの圧力
で実施される、請求項13に記載の方法。
【請求項15】
予備濃縮工程c−1)が以下:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは請求項6に記載のフルオロポリマーに基づく、交換器又はエバポレータ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、交換器又はエバポレータであって、前記交換器又はエバポレータが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは請求項5に記載のポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、交換器又はエバポレータ
中で実施され、
工程c−1)が、好ましくは、バルク炭化ケイ素でできた、交換器又はエバポレータ中で実施される、請求項13又は14に記載の方法。
【請求項16】
前記少なくとも一つの有機溶媒S2のエバポレーションにより、ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を濃縮する工程c−2)が、
以下:
− 30℃と100℃の間の温度;
− 10−3mbar absと5mbar absの間の圧力;
− 15分以下の滞留時間
の条件下で、ショートパス薄膜エバポレータ中で実施される、請求項12から14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項17】
好ましくは25℃以下の温度で、及び、特に、塩素化溶媒、例えばジクロロメタンから、アルカン、例えばペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン又はへプタンから、及び芳香族溶媒、例えばトルエンから選択される有機溶媒S3中で実施される、結晶化の工程d)を含む、請求項4から15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項18】
ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩が、以下:
i) ビス(クロロスルホニル)イミドを合成する工程;
ii) ビス(クロロスルホニル)イミドをビス(フルオロスルホニル)イミドにフッ素化する工程;
iii) ビス(フルオロスルホニル)イミドの中和によってビス(フルオロスルホニル)イミドのアルカリ金属又はアルカリ土類金属塩を調製する工程;
iv) 任意選択的にカチオン交換してビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を得る工程
を含む合成から得られる、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩を精製するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高出力電池の開発が、Liイオン電池市場に必要である。これは、Liイオン電池の公称電圧を増大させることによってなされる。目標の電圧を達成させるには、高純度の電解質が必要である。それらの非常に低い塩基性のために、スルホニルイミドタイプのアニオンは、電池中の無機塩の形で若しくはスーパーキャパシタ中の有機塩の形でエネルギー貯蔵の分野で、又はイオン液体の分野で、ますます使用されている。
【0003】
Liイオン電池の特定の分野では、現在最も広く使用されている塩はLiPFである。この塩は、限られた熱安定性、加水分解に対する感度、そして電池の低い安全性といった多くの欠点を有する。最近では、フルオロスルホニル基FSOを有する新規の塩が研究され、より良好なイオン伝導率及び加水分解への耐性などの多くの利点を実証してきた。これらの塩の一つであるLiFSIは、LiPFに代わる良好な候補となる非常に有利な特性を示している。
【0004】
塩及び/又は電解質中の不純物の同定及び定量化、並びに電池性能への影響を理解することが最重要になってきた。例えば、電気化学反応との干渉のために、不安定なプロトンを有する不純物は、Liイオン電池の全体的な性能品質と安定性を低下させる。Liイオン電池の適用には、高純度の生成物(最小量の不純物)を有することが必要となる。
【0005】
LiFSIを精製するための既存の方法は、特に、ガラス、エナメル鋼、炭素鋼等でできた機器中で実施される工程を含む。ここで、特定の金属イオン、例えばナトリウムイオンは、前記機器の材料から溶出する場合があり、それによりLiFSIを汚染する場合がある。LiFSIに過剰な量での金属イオンの存在は、例えば電池の電極への前記金属イオンの堆積により、電池の機能及び性能が損なわれる場合がある。
【0006】
よって、金属イオンの含有量が減少した高純度のLiFSIをもたらすビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を精製するための新規の方法が必要である。
【発明の概要】
【0007】
本発明は、リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩を少なくとも一つの溶媒S1中の溶液中で精製するため方法に関し、前記方法は、
− 炭化ケイ素に基づくか若しくはフルオロポリマーに基づく機器;又は
− 内表面を含む鋼、好ましくは炭素鋼でできた機器であって、前記内表面が、ポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、機器
中で実施される少なくとも一つの精製工程を含む。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明の文脈において、用語「リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩」、「リチウム ビス(スルホニル)イミド」、「LiFSI」、「LiN(FSO」、「リチウム ビス(スルホニル)イミド」及び「リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド」は、同等に使用される。
【0009】
好ましくは、精製工程は、ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩が水と接触している工程である。
【0010】
精製工程は、液液抽出工程、濃縮工程、デカンテーション工程等であり得る。
【0011】
機器は、反応器、エバポレータ、ミキサ−デカンタ、液液抽出カラム、デカンタ又は交換器であり得る。
【0012】
精製工程が液液抽出であるとき、機器は、液液抽出カラム又はミキサ−デカンタであり得る。
【0013】
精製工程が濃縮であるとき、機器はエバポレータ又は交換器であり得る。
【0014】
精製工程がデカンテーションであるとき、機器はデカンタであり得る。
【0015】
好ましくは、溶媒S1は有機溶媒である。
【0016】
一実施態様によれば、有機溶媒S1は、エステル、ニトリル、エーテル、及びそれらの混合物で構成される群より選択される。好ましくは、溶媒S1は、酢酸エチル、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル及びジエチルエーテル、及びそれらの混合物から選択され、有機溶媒S1は、優先的には酢酸ブチルである。
【0017】
一実施態様によれば、本発明による精製方法は、以下:
a)脱イオン水を用いてビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を液液抽出し、前記ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩の水溶液を回収する工程;
a’)前記塩の前記水溶液を任意選択的に濃縮する工程;
b)少なくとも一つの有機溶媒S2を用いて前記水溶液からビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を液液抽出する工程;
c)前記有機溶媒S2のエバポレーションによりビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を濃縮する工程;
d)ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を任意選択的に結晶化する工程;
を含み、
工程a)、a’)、b)又はc)の少なくとも一つは:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくはフルオロポリマーに基づく機器;又は
− 内表面を含む鋼、好ましくは炭素鋼でできた機器であって、前記内表面が、ポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、機器
中で実施される。
【0018】
本発明の文脈において、用語「脱塩水」及び「脱イオン水」は同等に使用される。
【0019】
ポリマーコーティングは、以下のポリマーの少なくとも一つを含むコーティングであり得る:ポリオレフィン、例えばポリエチレン、フルオロポリマー、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(C及びペルフルオロ化ビニルエーテルのコポリマー)、FEP(テトラフルオロエチレン及びペルフルオロプロペンのコポリマー、例えば、C及びCのコポリマー)、ETFE(テトラフルオロエチレン及びエチレンのコポリマー)、及びFKM(ヘキサフルオロプロピレン及びジフルオロエチレンのコポリマー)。
【0020】
好ましくは、ポリマーコーティングは、少なくとも一つのフルオロポリマー、特にPFA、PTFE又はPVDFを含む。
【0021】
炭化ケイ素に基づく機器は、好ましくは、バルク炭化ケイ素でできた機器である。
【0022】
フルオロポリマーに基づく機器は、好ましくは、バルクフルオロポリマーでできた機器である。
【0023】
フルオロポリマーは、有利には、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(C及びペルフルオロ化ビニルエーテルのコポリマー)及びETFE(テトラフルオロエチレン及びエチレンのコポリマー)から選択される。
【0024】
機器のフルオロポリマーは、有利には、PVDF、PFA及びETFEから選択される。
【0025】
好ましくは、本発明による方法は:
− 工程a)は上に定義されるような機器中で実施され;且つ/又は
− 工程a’)は上に定義されるような機器中で実施され;且つ/又は
− 工程b)は上に定義されるような機器中で実施され;且つ/又は
− 工程c)は上に定義されるような機器中で実施される
ようなものである。
【0026】
一実施態様によれば、少なくとも一つの溶媒S1中のLiFSIの質量含有量は、溶液の全質量に対して、質量で、5%と55%の間、好ましくは5%と65%の間、優先的には10%と60%の間、有利には10%と55%の間、例えば10%と50%の間、特に15%と45%の間、優先的には25%と40%の間である。
【0027】
工程a)
工程a)は、抽出カラム、ミキサ−デカンタ、及びこれらの組み合わせから選択された機器中で実施され得る。
【0028】
一実施態様によれば、液液抽出工程a)は、以下:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは先述のフルオロポリマーに基づく、抽出カラム又はミキサ−デカンタ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、抽出カラム又はミキサ−デカンタであって、前記抽出カラム又は前記ミキサ−デカンタが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは先述のポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、抽出カラム又はミキサ−デカンタ
中で実施される。
【0029】
好ましくは、液液抽出工程a)は、以下:
− フルオロポリマー、例えばPVDF(ポリフッ化ビニリデン)若しくはPFA(C及びペルフルオロ化ビニルエーテルのコポリマー)に基づく抽出カラム又はミキサ−デカンタ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、抽出カラム又はミキサ−デカンタであって、前記抽出カラム又は前記ミキサ−デカンタが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは先述のポリマーコーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、抽出カラム又はミキサ−デカンタ
中で実施される。
【0030】
ミキサ−デカンタは、当業者によく知られている。この機器は、通常、混合チャンバ及びデカンテーションチャンバを含む単一の機械であり、混合チャンバは、有利には、二つの液体相を混合することが可能な撹拌ヘッドを備える。デカンテーションチャンバでは、重力により相の分離が生じる。
【0031】
デカンテーションチャンバは、過剰流出によって混合チャンバから、混合チャンバの底部から、又は混合チャンバとデカンテーションチャンバとの間の有孔壁を介して供給され得る。
【0032】
抽出カラムは、以下:
− 少なくとも一つのパッキング、例えばランダムパッキング及び/又は構造化パッキング(このパッキングは、ラシヒリング、ポールリング、サドルリング、バールサドル、インタロックスサドル、若しくはビーズであり得る);及び/又は
− トレイ、例えば、有孔トレイ、固定バルブトレイ、可動バルブトレイ、バブルトレイ若しくはそれらの組み合わせ;及び/又は
− 一つの相を別の相に噴霧するための装置、例えばノズル;
を含んでよく、
前記パッキング、トレイ又は噴霧装置は、好ましくはポリマー材料でできており、ポリマー材料は、以下のポリマーの少なくとも一つを含む可能性がある:ポリオレフィン、例えばポリエチレン、フルオロポリマー、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(C及びペルフルオロ化ビニルエーテルのコポリマー)、FEP(テトラフルオロエチレン及びペルフルオロプロペンのコポリマー、例えば、C及びCのコポリマー)、ETFE(テトラフルオロエチレン及びエチレンのコポリマー)、及びFKM(ヘキサフルオロプロピレン及びジフルオロエチレンのコポリマー)。
【0033】
抽出カラムは、前記カラムの側壁に一体的に固定されたシケインも含む。シケインは、有利には、軸混合の現象を制限することを可能にする。
【0034】
本発明の文脈において、用語「パッキング」とは、接触する二つの液体間の接触面積を増大させることができる個体の構造体を指す。
【0035】
抽出カラムの高さ及び/又は直径は、通常、分離される液体の性質に依拠する。
【0036】
抽出カラムは、スタティックカラム又は撹拌カラムであってもよい。好ましくは、抽出カラムは、優先的には機械的に撹拌される。抽出カラムは、例えば、軸回転シャフトに結合した一又は複数の撹拌ヘッドを含む。撹拌ヘッドの中でも、言及され得る例には、ターボミキサ(Rushton直線刃ターボミキサ又は曲線刃ターボミキサ)、インペラ(例えばプロファイルブレードインペラ)、ディスク、及びそれらの組み合わせが含まれる。撹拌は、有利には、一つの液体相を他の液体相に分散する細かな液滴の形成を可能にし、それにより、交換の界面領域を増大させることを可能にする。好ましくは、撹拌速度は、交換の界面領域を最大化するように選択される。
【0037】
好ましくは、撹拌ヘッドは、外表面を含む鋼材料、好ましくは炭素鋼でできており、前記外表面は、好ましくは先述のポリマーコーティングで又は炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい。
【0038】
本発明によれば、方法の工程a)は、少なくとも1回、好ましくは1から10回、優先的には1から4回繰り返され得る。工程a)が繰り返されるとき、この工程は、連続した複数のミキサ−デカンタ中で実施され得る。
【0039】
工程a)は、連続して又はバッチ方式で、好ましくは連続して実施され得る。
【0040】
一実施態様によれば、本発明による精製方法の工程a)は、例えば先述の合成工程の間に得られた上記の有機溶媒S1中LiFSIの溶液に脱イオン水を添加することを含み、前記塩の溶解及び前記塩の水(水相)への抽出を可能にする。
【0041】
バッチ方式の方法の特定の場合、及び工程a)の繰り返しの間、当初の水溶液の質量の少なくとも半分に相当する量の脱イオン水が、1回目の抽出で添加されてもよく、続いて、2回目の抽出の間に当初の溶液の質量の約3分の1以上の量、その後、3回目の抽出の間に当初の溶液の質量の約4分の1以上の量が添加されてもよい。
【0042】
一実施態様によれば、工程a)は、脱イオン水の質量が、(単一の抽出の場合、又は工程a)が少なくとも1回繰り返されるときは1回目の抽出のみについて、)有機溶媒S1中のLiFSIの当初の溶液の質量の3分の1以上、好ましくは半分以上であるようなものである。
【0043】
本発明による方法は、工程a)で、当初の溶液の溶媒S1の体積の3分の1以上、好ましくは半分以上の体積の脱イオン水を添加することを含み得る。
【0044】
複数回の抽出(工程a)の繰り返し)の場合、抽出された水相はプールされて、単一の水溶液が形成される。
【0045】
工程a)は、有利には、水相と有機相の生成を可能にし、それらは分離される。工程b)は、有利には、工程a)で抽出された水溶液(工程a)の繰り返しの場合は単一の水相又はプールされた水相)で実施される。
【0046】
好ましくは、本発明による方法では、工程a)で抽出された水溶液から分離された有機相(有機溶媒S1及びLiFSIを含む)は、該方法の後続の工程b)からd)に再導入されず、特に、それらは、工程b)の間に抽出された有機相(有機溶媒S2を含む)で続いてプールされない。
【0047】
工程a)の終了時に、LiFSIの水溶液が、有利には得られる。好ましくは、水溶液中のLiFSIの質量含有率は、溶液の全質量に対して、5%と35%の間、好ましくは10%と25%の間である。
【0048】
工程a’)
本発明による方法は、工程a)と工程b)との間に、好ましくは、溶液の全質量に対して、20%と80%の間、特に25%と80%の間、好ましくは25%と70%の間、有利には30%と65%の間の質量含有率のLiFSIを含むLiFSIの水溶液を得るための工程a’)を含んでもよい。
【0049】
濃縮工程は、減圧下で、例えば、50mbar abs未満(好ましくは30mbar abs未満)の圧力で、及び/又は25℃と60℃の間、好ましくは25℃と50℃の間、優先的には25℃と40℃の間の温度で実施され得る。
【0050】
工程a’)は、エバポレータ、交換器又はそれらの組み合わせから選択される機器の少なくとも一つのアイテム中で実施され得る。
【0051】
一実施態様によれば、濃縮工程a’)は、以下:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは先述のフルオロポリマーに基づく、交換器又はエバポレータ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、交換器又はエバポレータであって、前記交換器又はエバポレータが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは先述のポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、交換器又はエバポレータ
中で実施される。
【0052】
好ましくは、工程a’)は、以下:
− 炭化ケイ素に基づく交換器若しくはエバポレータ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、交換器又はエバポレータであって、前記交換器又はエバポレータが内表面を含み、前記内表面が、炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、交換器又はエバポレータ
中で実施される。
【0053】
好ましくは、本発明による精製方法は、工程a’)を含む。工程a)の終了時に得られた水溶液の濃縮a’)の後、LiFSIの濃縮された水溶液が得られる。
【0054】
工程b)
工程b)は、工程a)又は濃縮工程a’)又は別の任意選択的な中間工程の終了時に得られた水溶液で実施され得る。
【0055】
工程b)は、抽出カラム、ミキサ−デカンタ、及びこれらの組み合わせから選択された機器中で実施され得る。
【0056】
一実施態様によれば、液液抽出工程b)は、以下:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは先述のフルオロポリマーに基づく、抽出カラム又はミキサ−デカンタ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、抽出カラム又はミキサ−デカンタであって、前記抽出カラム又は前記ミキサ−デカンタが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは先述のポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、抽出カラム又はミキサ−デカンタ
中で実施される。
【0057】
好ましくは、液液抽出工程b)は、以下:
− フルオロポリマー、例えばPVDF(ポリフッ化ビニリデン)若しくはPFA(C及びペルフルオロ化ビニルエーテルのコポリマー)に基づく抽出カラム又はミキサ−デカンタ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、抽出カラム又はミキサ−デカンタであって、前記抽出カラム又は前記ミキサ−デカンタが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは先述のポリマーコーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、抽出カラム又はミキサ−デカンタ
中で実施される。
【0058】
抽出カラムは、以下:
− 少なくとも一つのパッキング、例えばランダムパッキング及び/又は構造化パッキング(このパッキングは、ラシヒリング、ポールリング、サドルリング、バールサドル、インタロックスサドル、若しくはビーズであり得る);及び/又は
− トレイ、例えば、有孔トレイ、固定バルブトレイ、可動バルブトレイ、バブルトレイ若しくはそれらの組み合わせ;及び/又は
− 一つの相を別の相へ噴霧するための装置、例えばノズル;
を含んでよく、前記パッキング、トレイ又は噴霧装置は、好ましくはポリマー材料でできており、ポリマー材料は、以下のポリマーの少なくとも一つを含む可能性がある:ポリオレフィン、例えばポリエチレン、フルオロポリマー、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(C及びペルフルオロ化ビニルエーテルのコポリマー)、FEP(テトラフルオロエチレン及びペルフルオロプロペンのコポリマー、例えば、C及びCのコポリマー)、ETFE(テトラフルオロエチレン及びエチレンのコポリマー)、及びFKM(ヘキサフルオロプロピレン及びジフルオロエチレンのコポリマー)。
【0059】
抽出カラムは、前記カラムの側壁に一体的に固定されたシケインも含む。シケインは、有利には、軸混合の現象を制限することを可能にする。
【0060】
抽出カラムの高さ及び/又は直径は、通常、分離される液体の性質に依拠する。
【0061】
抽出カラムは、スタティックカラム又は撹拌カラムであってもよい。好ましくは、抽出カラムは、優先的には機械的に撹拌される。抽出カラムは、例えば、軸回転シャフトに結合した一又は複数の撹拌ヘッドを含む。撹拌ヘッドの中でも、言及され得る例には、ターボミキサ(Rushton直線刃ターボミキサ又は曲線刃ターボミキサ)、インペラ(例えばプロファイルブレードインペラ)、ディスク、及びそれらの組み合わせが含まれる。撹拌は、有利には、一つの液体相を他の液体相に分散する細かな液滴の形成を可能にし、それにより、交換の界面領域を増大させることを可能にする。好ましくは、撹拌速度は、交換の界面領域を最大化するように選択される。
【0062】
好ましくは、撹拌ヘッドは、外表面を含む鋼材料、好ましくは炭素鋼でできており、前記外表面は、好ましくは先述のポリマーコーティングで又は炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい。
【0063】
本発明による方法の工程b)は、有利には、水で飽和され、LiFSIを含有する有機相を回収することを可能にする(少なくとも有機溶媒S2中LiFSIの溶液であり、前記溶液は水で飽和されている)。
【0064】
脱イオン水に溶解したLiFSI塩の抽出のための溶媒S2は、有利には:
・LiFSI塩にとって良好な溶媒であり、即ち、LiFSIは、LiFSI+溶媒の合計の全重量に対して10重量%以上の溶解度を有してもよく;且つ/又は
・水に溶けにくく、即ち、溶媒+水の合計の全重量に対して、1重量%以下の溶解度を有する。
【0065】
一実施態様によれば、有機溶媒S2は、エステル、ニトリル、エーテル、塩素化溶媒及び芳香族溶媒、及びそれらの混合物で構成される群より選択される。好ましくは、溶媒S2は、エーテル及びエステル、及びそれらの混合物から選択される。例えば、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、メチル t−ブチル エーテル、シクロペンチルメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸メチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、及びそれらの混合物が挙げられる。好ましくは、溶媒S2は、メチル t−ブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸プロピル及び酢酸ブチル、及びそれらの混合物から選択され、前記有機溶媒S2は、有利には酢酸ブチルである。
【0066】
本発明によれば、方法の工程b)は、少なくとも1回、好ましくは1から10回、優先的には1から4回繰り返され得る。工程b)が繰り返されるとき、この工程は、連続した複数のミキサ−デカンタ中で実施され得る。複数回の抽出(工程b)の繰り返し)の場合、抽出された有機相はプールされて、単一の有機溶液が形成される。
【0067】
工程b)は、連続して又はバッチ方式で、好ましくは連続して実施され得る。
【0068】
一実施態様によれば、本発明による精製方法の工程b)は、少なくとも一つの有機溶媒S2をLiFSIの水溶液に添加して、前記塩の溶解及び前記塩の有機相への抽出を可能にすることを含む。
【0069】
バッチ方式の方法の特定の場合、及び工程b)の繰り返しの間、使用される有機溶媒S2の質量は、水相の質量の1/6と1倍の間の範囲であり得る。好ましくは、抽出工程b)の間、有機溶媒S2/水の質量比は、1/6から1/1の範囲であり、抽出の数は特に2から10の範囲である。
【0070】
一実施態様によれば、工程b)の終了時に得られる有機相の溶液中のLiFSIの質量含有率は、溶液の全質量に対して、5質量%と35質量%の間、好ましくは10質量%と25質量%の間である。
【0071】
工程c)
工程c)は:
− 先述の工程で得られた溶液を予備濃縮する工程c−1);及び
− 工程c−1)で得られた溶液を濃縮する工程c−2)
を含み得る。
【0072】
工程c−1)
工程c−1)は、有利には、溶液の全質量に対して、20質量%と60質量%の間、好ましくは30質量%と50質量%の間の質量含有率のLiFSIを含む少なくとも有機溶媒S2中LiFSIの溶液を得ることを可能にする。
【0073】
予備濃縮工程c−1)は:
− 25℃から60℃、好ましくは25℃から50℃の範囲の温度、
及び/又は
− 減圧下、例えば50mbar abs未満の圧力、特に30mbar absの圧力
で実施され得る。
【0074】
工程c−1)は、エバポレータ又は交換器から選択される機器中で実施され得る。
【0075】
一実施態様によれば、濃縮工程c−1)は、以下:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは先述のフルオロポリマーに基づく、交換器又はエバポレータ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、交換器又はエバポレータであって、前記交換器又はエバポレータが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは先述のポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、交換器又はエバポレータ
中で実施される。
【0076】
好ましくは、工程c−1)は、以下:
− 炭化ケイ素に基づく交換器若しくはエバポレータ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、交換器又はエバポレータであって、前記交換器又はエバポレータが内表面を含み、前記内表面が、炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、交換器又はエバポレータ
中で実施される。
【0077】
工程c−1)は、有利には、20000ppm以下の質量含有量の水を含む有機溶媒S2中LiFSIの溶液を得ることを可能にする。
【0078】
工程c−2)
工程c−2)は、エバポレータ、例えば薄膜エバポレータ(優先的にはショートパス薄膜エバポレータ)、又は交換器から選択される機器中で実施され得る。
【0079】
好ましくは、工程c−2)は、ショートパス薄膜エバポレータ中で実施される。
【0080】
工程c−2)は、以下:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは先述のフルオロポリマーに基づく、交換器又はエバポレータ;又は
− 鋼、好ましくは炭素鋼でできた、交換器又はエバポレータであって、前記交換器又はエバポレータが内表面を含み、前記内表面が、好ましくは先述のポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、交換器又はエバポレータ
中で実施され得る。
【0081】
好ましい実施態様によれば、本発明による精製方法は、好ましくは以下の条件下:
− 30℃と100℃の間の温度;
− 10−3mbar absと5mbar absの間の圧力;
− 15分以下の滞留時間
で、ショートパス薄膜エバポレータ中、前記少なくとも一つの有機溶媒S2のエバポレーションによって、ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を濃縮する工程c−2)を含む。
【0082】
一実施態様によれば、濃縮工程c−2)は、10−2mbar absと5mbar absの間、好ましくは5×10−2mbar absと2mbar absの間、優先的には5×10−1と2mbar absの間、さらにより優先的には0.1と1mbar absの間、特に0.1と0.6mbar absの間の圧力で実施される。
【0083】
一実施態様によれば、工程c−2)は、30℃と95℃の間、好ましくは40℃と90℃の間、優先的には40℃と85℃の間、特に50℃と80℃の間の温度で実施される。
【0084】
一実施態様によれば、工程c−2)は、10分以下の滞留時間、優先的には5分未満、好ましくは3分以下の滞留時間で実施される。
【0085】
本発明の文脈において、さらに、別途言及しない限り、用語「滞留時間」とは、(特に上記の工程b)の終了時に得られた)リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩の溶液がエバポレータへ入ってから溶液の最初の液滴が出るまでの間に経過する時間を意味する。
【0086】
好ましい実施態様によれば、ショートパス薄膜エバポレータのコンデンサの温度は、−55℃と10℃の間、好ましくは−50℃と5℃の間、より優先的には−45℃と−10℃の間、有利には−40℃と−15℃の間である。
【0087】
本発明によるショートパス薄膜エバポレータは、「ワイプドフィルムショートパス」(WFSP)エバポレータとして知られる。それらが通常そのように称されるのは、エバポレーション中に生成される蒸気が、コンデンサで凝縮される前に、ショートパスを覆う(短い距離を移動する)ためである。
【0088】
ショートパス薄膜エバポレータの中でも、特に、Buss SMS Ganzler ex Luwa AG、UIC GmbH又はVTA Processにより販売されるエバポレータが挙げられる。
【0089】
通常、ショートパス薄膜エバポレータは、コンデンサが機械の外部にある他のタイプの薄膜エバポレータ(ショートパスエバポレータではない)とは異なり、(特に機械の中心に)機械自体の内部に配置された溶媒の蒸気のためのコンデンサを含み得る。
【0090】
このタイプの機械では、通常、エバポレータの高温の内壁での蒸留される生成物の薄膜の形成が、以下に明記する機械的手段によりエバポレーション表面上に連続的に広がることによって、確実にされ得る。
【0091】
エバポレータは、特に、その中心に、壁上にフィルムの形成を可能にする機械的手段が取り付けられた軸回転機が備えられていてもよい。それらは、固定ベーンを備えた回転機、回転機の高さ全体に分散された、可撓性若しくは剛性材料でできた3つ又は4つのベーンを備えたローブ回転機、あるいは可動ベーン、パドル、ブラシ、ドクターブレード又はガイドスクレーパを備えた回転機であり得る。この場合、回転機は、ラジアルサポートによってシャフト又は軸に取り付けられた一連のピボット関節式パドルにより構成されていてもよい。他の回転機は、二次軸に取り付けられた可動ローラを備えてもよく、前記ローラは、遠心分離によって壁に対してしっかりと保持される。機械のサイズに依拠する回転機の回転速度は、当業者により容易に決定され得る。
【0092】
一実施態様によれば、LiFSI塩の溶液は、0.04mのエバポレーション表面について700g/hと1200g/hの間、好ましくは900g/hと1100g/hの間の流量を有するショートパス薄膜エバポレータに導入される。
【0093】
本発明によれば、上記の工程c)の終了時に、LiFSIは、固体の形態、特に結晶質の形態、又は濃縮溶液の形態で得ることができ、濃縮溶液は、35重量%未満、好ましくは30重量%未満の残留溶媒を含む。
【0094】
工程d)
一実施態様によれば、本発明による方法は、上記の工程c)の終了時に得られるビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を結晶化する工程d)も含む。
【0095】
好ましくは、工程d)の間、LiFSIは、低温条件下、特に25℃以下の温度で結晶化される。
【0096】
好ましくは、LiFSIの結晶化の工程d)は、特に25℃以下の温度で、塩素化溶媒、例えばジクロロメタンから、アルカン、例えばペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン又はへプタンから、及び芳香族溶媒、例えばトルエンから選択される有機溶媒S3(結晶化溶媒)中で実施される。好ましくは、工程d)の終了時に結晶化されたLiFSIは、濾過により回収される。
【0097】
LiFSIの調製
少なくとも一つの溶媒S1中のリチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩の当初の溶液は、特に以下の工程
i) ビス(クロロスルホニル)イミドを合成する工程;
ii) ビス(クロロスルホニル)イミドをビス(フルオロスルホニル)イミドにフッ素化する工程;
iii) ビス(フルオロスルホニル)イミドの中和によってビス(フルオロスルホニル)イミドのアルカリ金属又はアルカリ土類金属塩を調製する工程;
iv) 任意選択的にカチオン交換してビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を得る工程
を含む、リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド塩のあらゆる合成に由来し得る。
【0098】
これらの工程の終了時に、ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩は、好ましくは、有機溶媒(特に溶媒S1に相当する)中の溶液で、溶液の全質量に対して5質量%と50質量%の間の質量濃度で得られる。
【0099】
そのような方法は、例えば、国際公開第2015/158979号に記載されている。
【0100】
工程iv)
工程(iv)は、工程(iii)に続いて、ビス(フルオロスルホニル)イミドのアルカリ土類金属塩とリチウム塩との間で反応させて、ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を得ることを含むカチオン交換反応に相当する。
【0101】
工程(iv)は、特に、Mがアルカリ金属又はアルカリ土類金属の一価のカチオンを表す上記の式(I)F−(SO)−NM−(SO)−F(I)の化合物をビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩に変換するためのカチオン交換反応である。
【0102】
好ましくは、リチウム塩は、LiF、LiCl、Li2CO、LiOH、LiNO、LiBF及びそれらの混合物から選択される。
【0103】
リチウム塩は、以下のファミリー:アルコール、ニトリル及び炭酸塩から選択される極性有機溶媒に溶解され得る。例として、特に、メタノール、エタノール、アセトニトリル、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びそれらの混合物が挙げられる。
【0104】
リチウム塩に対する式(I)の化合物のモル比はさまざまであってよく、少なくとも1に等しく5未満であり得る。好ましくは、式(I)の化合物/リチウム塩のモル比は1.2と2の間である。
【0105】
反応媒体は、1と24時間の間、及び/又は例えば0℃と50℃の間の温度で、撹拌されたままであってもよい。
【0106】
反応の終了時に、反応媒体は濾過され、その後、場合によっては濃縮され得る。濃縮工程は、薄膜エバポレータ、噴霧器、エバポレータ又は溶媒のエバポレーションを可能にする任意の他の装置を用いて任意選択的に実施され得る。
【0107】
濾過は、フィルタ又は遠心分離機を使用して実施され得る。
【0108】
工程(iv)は、炭化ケイ素に基づくか若しくは好ましくは前に定義されたようなフルオロポリマーに基づく反応器中で、又は内表面を含む鋼の反応器中で実施されてもよく、前記内表面は、ポリマーコーティングで又は炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい。
【0109】
ポリマーコーティングは、以下のポリマーの少なくとも一つを含むコーティングであり得る:ポリオレフィン、例えばポリエチレン、フルオロポリマー、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(C及びペルフルオロ化ビニルエーテルのコポリマー)、FEP(テトラフルオロエチレン及びペルフルオロプロペンのコポリマー、例えば、C及びCのコポリマー)、ETFE(テトラフルオロエチレン及びエチレンのコポリマー)、及びFKM(ヘキサフルオロプロピレン及びジフルオロエチレンのコポリマー)。好ましくは、ポリマーコーティングは、少なくとも一つのフルオロポリマー、特にPFA、PTFE又はPVDFを含む。
【0110】
一実施態様によれば、工程(iv)の反応器は、撹拌ヘッドを備えた撹拌反応器である。
【0111】
撹拌ヘッドの中でも、言及され得る例には、ターボミキサ(例えば、Rushton直線刃ターボミキサ又は曲線刃ターボミキサ)、らせん状のストリップ、インペラ(例えばプロファイルブレードインペラ)、アンカー、及びそれらの組み合わせが含まれる。
【0112】
撹拌ヘッドは、中心撹拌シャフトに結合されていてもよく、同一の性質であっても異なる性質であってもよい。撹拌シャフトは、モータによって駆動されてもよく、このモータは有利には反応器の外側にある。
【0113】
撹拌ヘッドの設計及びサイズは、実施される混合の種類(液体の混合、液体と固体の混合、液体と気体の混合、液体、気体及び固体の混合)及び所望の混合性能に応じて、当業者により選択され得る。特に、撹拌ヘッドは、反応媒体の良好な均質性を確実にするのに最も適している撹拌ヘッドから選択される。
【0114】
好ましくは、撹拌ヘッドは、外表面を含む鋼材料、好ましくは炭素鋼でできており、前記外表面は、好ましくは先述のポリマーコーティングで又は炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい。
【0115】
精製方法
好ましい実施態様によれば、本発明による精製方法は、以下:
a)脱イオン水を用いてビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を液液抽出し、前記ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩の水溶液を回収する工程;
a’)前記塩の前記水溶液を濃縮する工程;
b)少なくとも一つの有機溶媒S2を用いて前記水溶液からビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を液液抽出する工程;
c)前記有機溶媒S2のエバポレーションによりビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を濃縮する工程であって、前記工程c)が;
− 先述の工程で得られた溶液を予備濃縮する工程c−1);及び
− 工程c−1)で得られた溶液を濃縮する工程c−2)
を含む、ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を濃縮する工程;
d)ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩を任意選択的に結晶化する工程;
を含み、工程a)、a’)、b)又はc−1)の少なくとも一つ、好ましくは全ての工程a)、a’)、b)及びc−1)は:
− 炭化ケイ素に基づくか若しくはフルオロポリマーに基づく機器;又は
− 内表面を含む、鋼、好ましくは炭素鋼でできた機器であって、前記内表面が、好ましくは前に定義されたようなポリマーコーティングで若しくは炭化ケイ素コーティングで覆われているビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩と接触しやすい、機器
中で実施される。
【0116】
本発明による精製方法は、有利には、高純度のLiFSI、優先的には金属イオンの含有率が減少した又はゼロである高純度のLiFSIをもたらす。用語「金属イオン」は、特に、遷移金属(例えばCr、Mn、Fe、Ni、Cu)由来のイオン、遷移後金属(例えばAl、Zn及びPb)由来のイオン、アルカリ金属(例えばNa)由来のイオン、アルカリ土類金属(例えばMg及びCa)由来のイオン、及びケイ素由来のイオンを意味する。
【0117】
よって、本発明による方法は、有利には、以下の金属:Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Al、Zn、Mo、Co、Pb、Na、Si、Mg、Caに由来するイオンの含有率が減少した又はゼロであるLiFSIをもたらす。
【0118】
特に、本発明による方法は、有利には、少なくとも99.9重量%のLiFSI、好ましくは少なくとも99.95重量%、優先的には少なくとも99.99重量%のLiFSIを含む組成物をもたらし、前記LiFSIは、場合によっては、以下に示される量の以下の不純物のうちの少なくとも一つを含む:0≦HO≦100ppm、0≦Cl≦100ppm、0≦SO2−≦100ppm、0≦F≦200ppm、0≦FSOLi≦20ppm、0≦FSONH≦20ppm、0≦K≦100ppm、0≦Na≦10ppm、0≦Si≦40ppm、0≦Mg≦10ppm、0≦Fe≦10ppm、0≦Ca≦10ppm、0≦Pb≦10ppm、0≦Cu≦10ppm、0≦Cr≦10ppm、0≦Ni≦10ppm、0≦Al≦10ppm、0≦Zn≦10ppm、0≦Mn≦10ppm、及び/又は0≦Co≦10ppm。
【0119】
本発明の文脈において、用語「ppm」は、重量ベースでのppmを意味する。
【0120】
上記のすべての実施態様は、互いに組み合わせることができる。特に、本発明の方法の任意の工程の各実施態様は、別の特定の実施態様と組み合わされてもよい。
【0121】
本発明の文脈において、「xとyの間」又は「xからyの範囲」という用語は、境界x及びyを含む範囲を意味する。例えば、温度「30と100℃の間」とは、特に、30℃と100℃の値を含む。
【0122】
以下の実施例は本発明を限定することなく説明する。
【実施例】
【0123】
Li及びNaの定量化のためのサンプリング:
ビス(フルオロスルホニル)イミドのリチウム塩のサンプルを超純水に溶解する。NaとKの決定のためには1g/l、及びリチウムの分析のためには0.1g/lの、二つの希釈液を使用した。
【0124】
パノラマ定量分析:
微量の元素の「パノラマ」半定量分析に適用されるICP−AES(誘導結合プラズマ分光法)条件は、以下の通りである:
− プラズマ源の出力電力:1150W;
− 噴霧ガスの流量:0.7L/分;
− 冷却速度=16L/分;
− トーチ高さ:12mm;
− ポンプ速度:50rpm;
− スペクトルバンド幅:7pmから200nm、1ピクセルあたり3.5nm;
− 波長帯:167nmから847nm。
【0125】
Li、Na、Kを測定するためのICP−AES定量法は5つの較正点を使用した。ICP−AESのデータは、ICAP 6500分光計(Thermo Electronics)で得られる。
【0126】
微量の元素Ag、Al、As、Ba、Si、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Sb、Se、Sn、Sr、Ti、Znの分析について、半定量法は2つの較正点に基づく。
【0127】
二つの方法について、較正は、マトリックスの影響を最小限に抑えるために、サンプル自体に標準を追加することによって実施される。
【0128】
ICP−AESは、元素Li、Na及びKの測定には水溶液中のカチオンクロマトグラフィーよりも好ましい。
【0129】
イオンクロマトグラフィー(IC)中のアニオン分析条件は、以下の通りである:
− Thermo ICS 5000 DUAL機;
− AS16−HCカラム;
− 流量1ml/分;
− 20mmol/lの定組成KOH溶離液;
− 導電率検出;
− 50mAの印加電流でASRS 4mmサプレッサー;
− 存在するアニオン種に必要とされる感度に応じて、5g/l及び10g/lで25μlのLiFSI溶液を注入;
− 0.1mg/lから25mg/lまでの範囲の5つの合成溶液を用いた各アニオン種の較正。
【0130】
以下に示す分析法によって以下の種が検出される:
【0131】
実施例1(比較):670ppmの塩化物、23ppmのサルフェート、300ppmのカリウムを含有し、ナトリウムは検出されない42.8%の固体含有率を有する、酢酸ブチルにLiFSIが入った溶液を精製する
3153gの上記の溶液を、連続して1570g、1045g、792g及び792gの水でガラス分液漏斗中で4回抽出する。水相をガラス反応器中減圧下でプール及び濃縮し、固体含有率を41.5%にする。その後、この水溶液を、連続して1342g、1342g、672g及び672gの酢酸ブチルでガラス分液漏斗中で4回抽出する。その後、有機相をガラス反応器中減圧下でプール及び濃縮し、固体含有率を41%にする。絶対圧0.6mbarの減圧で、60℃の加熱温度及び−41℃に設定したコンデンサで、ショートパスガラスエバポレータを使用して、この溶液を再び濃縮する。LiFSIが沈殿し、その後、これを濾過により無水雰囲気下で回収する。固体を室温で減圧下で乾燥させる。得られたLiFSIのイオンクロマトグラフィーによる分析では、8ppmの塩化物、サルフェートの非検出、12ppmのカリウム及び55ppmのナトリウムが示される。
【0132】
実施例2(本発明による):690ppmの塩化物、25ppmのサルフェート、315ppmのカリウムを含有し、ナトリウムは検出されない41.8%の固体含有率を有する、酢酸ブチルにLiFSIが入った溶液を精製する
3255gの上記の溶液を、連続して1620g、1079g、818g及び818gの水でPTFE分液漏斗中で4回抽出する。水相をPFAライニングが施されたステンレス鋼反応器中減圧下でプール及び濃縮し、固体含有率を41%にする。その後、この水溶液を、連続して1385g、1385g、694g及び694gの酢酸ブチルでPTFE分液漏斗中で4回抽出する。その後、有機相をPFAライニングが施されたステンレス鋼反応器中減圧下でプール及び濃縮し、固体含有率を42%にする。絶対圧0.6mbarの減圧で、60℃の加熱温度及び−41℃に設定したコンデンサで、ショートパス炭化ケイ素エバポレータを使用して、この溶液を再び濃縮する。LiFSIが沈殿し、その後、これを濾過により無水雰囲気下で回収する。固体を室温で減圧下で乾燥させる。得られたLiFSIのイオンクロマトグラフィーによる分析では、10ppmの塩化物、サルフェートの非検出、10ppmのカリウム及びナトリウムの非検出が示される。
【国際調査報告】