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KR102660204B1 - Method for manufacturing cesium fluoro oxalato phosphate with high purity - Google Patents

Method for manufacturing cesium fluoro oxalato phosphate with high purity Download PDF

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KR102660204B1
KR102660204B1 KR1020180149759A KR20180149759A KR102660204B1 KR 102660204 B1 KR102660204 B1 KR 102660204B1 KR 1020180149759 A KR1020180149759 A KR 1020180149759A KR 20180149759 A KR20180149759 A KR 20180149759A KR 102660204 B1 KR102660204 B1 KR 102660204B1
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cesium
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phosphate
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김명래
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조용남
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지용 전해액의 첨가제로서 유용한 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (cesium difluorobis(oxalato)phosphate, CsDFBOP) 또는 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate, CsTFOP)을 고순도의 고체로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) or cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP), which are useful as additives in electrolytes for lithium secondary batteries. ) relates to a method of producing high purity solid.

Description

고순도의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트를 제조하는 방법{Method for manufacturing cesium fluoro oxalato phosphate with high purity}Method for manufacturing cesium fluoro oxalato phosphate with high purity}

본 발명은 이차전지용 전해액 첨가제에 사용될 수 있는 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트, 즉 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (cesium difluorobis(oxalato)phosphate, CsDFBOP) 또는 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate, CsTFOP)을 고순도의 고체로 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides cesium fluoro oxalato phosphate, that is, cesium difluorobis(oxalato) phosphate (CsDFBOP) or cesium tetrafluoro (oxalato) phosphate, which can be used in electrolyte additives for secondary batteries. This relates to a method of producing cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP) as a high purity solid.

리튬이차전지, 리튬 이온 캐퍼시터 등의 성능 향상을 위한 비수전해액 첨가제로 사용되는 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP)의 제조방법이 대한민국 특허공개 제2011-0086102호에 개시되어 있다. A method for manufacturing lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP), which is used as a non-aqueous electrolyte additive to improve the performance of lithium secondary batteries, lithium ion capacitors, etc., is disclosed in Korean Patent Publication No. 2011-0086102.

구체적으로 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6)과 옥살산의 혼합 용액에 사염화규소(SiCl4)를 적가한 후, 승온 반응시켜 질량%비로 약 66:1 내지 2.3:1의 비율을 가지는 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트/리튬 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP/LiTFOP) 용액을 얻을 수 있으며, 이 방법은 결정화에 의해 정제가 어려운 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP)를 염소화합물이나 유리산이 적은 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP) 용액으로 제조하는 방법을 제공한다고 기술되어 있다. Specifically, silicon tetrachloride (SiCl 4 ) was added dropwise to a mixed solution of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and oxalic acid, and then reacted at elevated temperature to produce lithium difluoride having a mass percent ratio of about 66:1 to 2.3:1. A solution of bis(oxalato)phosphate/lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate (LiDFBOP/LiTFOP) can be obtained, and this method produces lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP), which is difficult to purify by crystallization. It is described that a method for producing a lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP) solution containing low chlorine compounds or free acids is provided.

그러나 상기 제조방법은 부산물로 포함되어 있는 플루오로트리메틸실란 (TMSF) 및 휘발성 물질을 감압함으로써 제거할 수 있지만, 제조 상 반응물의 당량 조절에 따른 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트/리튬 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP/LiTFOP)의 혼합물 형태로 생성된다. 그리고 수득된 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP) 용액 내에는 염소화합물 및 유리산이 여전히 존재하고 있어 비수전해액 전지의 첨가제로 사용시 전지 성능에 악영향을 미칠 수 있는 문제점이 있다.However, in the above manufacturing method, fluorotrimethylsilane (TMSF) and volatile substances contained as by-products can be removed by reducing pressure, but lithium difluorobis(oxalato)phosphate/lithium tetrafluoride is used according to the adjustment of the equivalent weight of the reactant during manufacturing. It is produced as a mixture of lo(oxalato)phosphate (LiDFBOP/LiTFOP). In addition, chlorine compounds and free acids still exist in the obtained lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP) solution, which may adversely affect battery performance when used as an additive in a non-aqueous electrolyte battery.

또한, 일본 공개특허 제2003-137890호에는 사염화규소 또는 삼염화알루미늄의 촉매 및 디메틸카보네이트, 디에틸에테르 또는 감마-부티로락톤 등의 비수용매 존재 하 옥살산 및 리튬 테트라플루오로보레이트 (LiBF4) 또는 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6) 등의 불소 함유 화합물을 반응시켜 리튬 디플루오로(옥살레이토)보레이트 (LiDFOB), 리튬 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (LiTFOP) 및 리튬 비스(옥살레이토)보레이트 (LiBOB)의 제조방법에 대하여 기술하고 있으나, 용매를 제거하여 결정을 석출하기 위한 정제 과정이 필수적이다. In addition, Japanese Patent Publication No. 2003-137890 discloses oxalic acid and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) or lithium in the presence of a catalyst of silicon tetrachloride or aluminum trichloride and a non-aqueous solvent such as dimethyl carbonate, diethyl ether, or gamma-butyrolactone. By reacting fluorine-containing compounds such as hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium difluoro(oxalato)borate (LiDFOB), lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate (LiTFOP) and lithium bis(oxalato)borate ( Although the manufacturing method of LiBOB) is described, a purification process to remove the solvent and precipitate crystals is essential.

그러나, 상기의 제조방법은 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP)의 추출 및 순도에 대하여 언급되어 있지 않을 뿐만 아니라, 리튬 이외 다른 금속에 대해서는 전혀 실시하고 있지 않다. 과량의 옥살산을 사용하기 때문에 추가 공정을 통한 잔류 옥살산의 제거가 필요하며, 제거 공정 중 발생하는 부산물에 의한 반응기 부식이 발생할 수 있다.However, the above production method not only does not mention the extraction and purity of lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP), but is also not implemented at all for metals other than lithium. Because excessive amounts of oxalic acid are used, removal of residual oxalic acid is required through an additional process, and corrosion of the reactor may occur due to by-products generated during the removal process.

상기 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP), 리튬 디플루오로(옥살레이토)보레이트 (LiDFOB), 리튬 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (LiTFOP) 및 리튬 비스(옥살레이토)보레이트 (LiBOB) 모두 용매 내에 완전히 용해되어 있는 상태로, 반드시 정제과정을 거쳐야만 한다. 특히 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP)의 경우 용매와의 친화성이 매우 강하기 때문에, 결정화에 의해 정제가 어려워 비수전해액 전지의 성능에 크게 악영향을 주는 염소화합물이나 유리산이 존재하지 않는 상태, 즉 고순도로 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP)을 얻는 것은 불가능하다.The lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP), lithium difluoro(oxalato)borate (LiDFOB), lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate (LiTFOP) and lithium bis(oxalato)borate (LiBOB) ) All are completely dissolved in the solvent and must undergo a purification process. In particular, in the case of lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP), it has a very strong affinity with solvents, so it is difficult to purify by crystallization, and there are no chlorine compounds or free acids that greatly adversely affect the performance of non-aqueous electrolyte batteries. It is impossible to obtain lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP) in that state, i.e. in high purity.

따라서, 비수전해액 전지의 성능에 크게 악영향을 주는 염소화합물이나 유리산이 존재하지 않도록 플루오로 옥살레이토 포스페이트 알칼리금속염을 고순도로 제조하는 방법이 요구된다.Therefore, a method for producing fluoro-oxalate phosphate alkali metal salt with high purity is required so that chlorine compounds or free acids that significantly adversely affect the performance of non-aqueous electrolyte batteries are not present.

한국 공개특허 10-2011-0086102Korean Patent Publication 10-2011-0086102 일본 공개특허 제2003-137890호Japanese Patent Publication No. 2003-137890

본 발명자들은 비수성 용매 내에서 세슘 헥사플루오로포스페이트 및 옥살산을 사염화규소의 적가에 따라 반응시켜 전해액 첨가제로 사용가능한 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트가 비수성 용매 내 용해되지 않고 침전물로서 제조되며, 이에 에테르계 용매를 투입한 후 단순 여과함으로서 미반응된 옥살산이 완전히 제거되어 99.9% 이상의 고순도 고체상의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트가 수득됨을 발견하고 본 발명을 완성하였다.The present inventors reacted cesium hexafluorophosphate and oxalic acid in a non-aqueous solvent according to the dropwise addition of silicon tetrachloride to produce cesium fluoro oxalatophosphate, which can be used as an electrolyte additive, as a precipitate without dissolving in the non-aqueous solvent, and thus ether. The present invention was completed by discovering that unreacted oxalic acid was completely removed by simple filtration after adding the solvent to obtain solid cesium fluorooxalatophosphate with a high purity of 99.9% or more.

본 발명의 목적은 반응물과 생성물의 용해도 차이를 이용하여 리튬 이차 전지용 전해액의 첨가제로서 유용한 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트를 고순도의 고체상으로 효율적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.The purpose of the present invention relates to a method for efficiently producing cesium fluorooxalatophosphate, which is useful as an additive for electrolyte solutions for lithium secondary batteries, in a high-purity solid phase by utilizing the difference in solubility between reactants and products.

본 발명은 리튬 이차 전지용 전해액의 첨가제로서 유용한 고순도 고체상의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 구체적으로 하기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트, 옥살산 및 비수성 용매를 혼합하고 사염화규소를 적가하여 반응시켜 하기 화학식 1의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트를 제조하는 단계; 및 에테르계 유기용매를 투입하여 여과하는 단계;를 포함한다.The present invention provides a method for efficiently producing high-purity solid cesium fluorooxalatophosphate, which is useful as an additive for electrolyte solutions for lithium secondary batteries, and specifically, mixing cesium hexafluorophosphate of the following formula (2), oxalic acid, and a non-aqueous solvent. and adding silicon tetrachloride dropwise and reacting to prepare cesium fluorooxalatophosphate of the following formula (1); And a step of adding and filtering an ether-based organic solvent.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018118979929-pat00001
Figure 112018118979929-pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018118979929-pat00002
Figure 112018118979929-pat00002

(상기 화학식 1에서, m은 1 또는 2의 정수이다.)(In Formula 1, m is an integer of 1 or 2.)

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비수성 용매는 환상 카보네이트, 쇄상 카보네이트, 쇄상 니트릴, 환상 에스테르, 쇄상 에스테르 및 쇄상 할로겐화 용매로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 비수성 용매일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the non-aqueous solvent may be one or more non-aqueous solvents selected from the group consisting of cyclic carbonates, chain carbonates, chain nitriles, cyclic esters, chain esters, and chain halogenated solvents.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비수성 용매는 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 디프로필카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트이트, 부틸렌카보네이트, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로락톤, 발레로락톤, 아세트산에틸, 프로피온산에틸, 디클로로메탄 및 1,2-디클로로에탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the non-aqueous solvent is dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butyl It may be one or two or more selected from the group consisting of lene carbonate, acetonitrile, propionitrile, butyrolactone, valerolactone, ethyl acetate, ethyl propionate, dichloromethane, and 1,2-dichloroethane.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 사염화규소는 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 1 몰에 대하여 0.5 내지 1.5 몰 범위로 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the silicon tetrachloride may be used in the range of 0.5 to 1.5 mole per 1 mole of cesium hexafluorophosphate of Chemical Formula 2.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 옥살산은 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 1 몰에 대하여 1.0 내지 5.0 몰 범위로 사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the oxalic acid may be used in the range of 1.0 to 5.0 mole per 1 mole of cesium hexafluorophosphate of Chemical Formula 2.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응은 0 내지 30 ℃의 범위에서 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the reaction may be performed in the range of 0 to 30 °C.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에테르계 용매는 선형에테르, 환형에테르 또는 이들의 조합일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ether-based solvent may be linear ether, cyclic ether, or a combination thereof.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 선형에테르는 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디프로필에테르, 디부틸에테르, 디이소부틸에테르, 에틸메틸에테르, 에틸프로필에테르, 에틸t-부틸에테르, 디메톡시메탄, 트리메톡시메탄, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 디메톡시프로판, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디비닐에테르, 디에틸렌글리콜 디비닐에테르, 트리에틸렌글리콜 디비닐에테르, 디에틸렌글리콜 에틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜 이소프로필메틸에테르, 디에틸렌글리콜 부틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜 t-부틸에틸에테르 및 에틸렌글리콜 에틸메틸에테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상이고, 상기 환형에테르는 디옥솔란, 메틸디옥솔란, 디메틸디옥솔란, 비닐디옥솔란, 메톡시디옥솔란, 에틸메틸디옥솔란, 옥세인, 디옥세인, 트리옥세인, 테트라하이드로퓨란, 메틸테트라하이드로퓨란, 디메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시테트라히드로퓨란, 에톡시테트라히드로퓨란, 디하이드로피란, 테트라하이드로피란, 퓨란 및 메틸퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the linear ether is dimethyl ether, diethyl ether, Dipropyl ether, dibutyl ether, diisobutyl ether, ethyl methyl ether, ethyl propyl ether, ethyl t-butyl ether, dimethoxymethane, trimethoxymethane, dimethoxyethane, diethoxyethane, dimethoxypropane, diethylene Glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol ethylmethyl ether, One or two or more selected from the group consisting of diethylene glycol isopropyl methyl ether, diethylene glycol butyl methyl ether, diethylene glycol t-butyl ethyl ether, and ethylene glycol ethyl methyl ether, and the cyclic ether is dioxolane, methyl dioc Solan, dimethyldioxolane, vinyldioxolane, methoxydioxolane, ethylmethyldioxolane, oxane, dioxane, trioxane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dimethyltetrahydrofuran, dimethoxytetrahydrofuran, It may be one or two or more selected from the group consisting of ethoxytetrahydrofuran, dihydropyran, tetrahydropyran, furan, and methylfuran.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고순도의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트 고체는 99% 이상의 순도를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high purity cesium fluoro oxalatophosphate solid may have a purity of 99% or more.

본 발명의 제조방법에 따르면, 비수전해액 전지의 성능 향상에 유효한 첨가제로 사용될 수 있는 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트, 즉 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (CsDFBOP) 또는 세슘 테트라플루오로모노(옥살레이토)포스페이트 (CsTFOP)을 비수성 용매 내에서 세슘 헥사플루오로포스페이트 및 옥살산을 사염화규소의 적가에 따라 반응시켜 고체상으로 제조한 후 에테르계 용매를 투입하여 단순 여과함으로서 미반응된 옥살산을 완전히 제거하여 99% 이상의 고순도의 고체상으로 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (CsDFBOP) 또는 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (CsTFOP)를 효율적으로 제조할 수 있다.According to the manufacturing method of the present invention, cesium fluoro-oxalatophosphate, that is, cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) or cesium tetrafluoromono(oxalate), can be used as an effective additive to improve the performance of non-aqueous electrolyte batteries. Lato) phosphate (CsTFOP) is prepared in a solid form by reacting cesium hexafluorophosphate and oxalic acid in a non-aqueous solvent according to the dropwise addition of silicon tetrachloride, and then an ether-based solvent is added and simple filtration is performed to completely remove unreacted oxalic acid. Cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) or cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP) can be efficiently produced in solid phase with a high purity of 99% or more.

즉, 본 발명의 제조방법에 따르면, 반응물과 생성물의 용해도 차이를 이용하여 리튬 이차 전지용 전해액의 첨가제로서 유용한 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (CsDFBOP) 또는 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (CsTFOP)를 고순도의 고체상으로 제조할 수 있다.That is, according to the production method of the present invention, cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) or cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate, which are useful as additives in electrolyte solutions for lithium secondary batteries, utilizes the difference in solubility between reactants and products. (CsTFOP) can be produced in a high-purity solid phase.

특히, 세슘의 경우 동일 족 다른 금속에 비해 특이하게 용매에 대한 친화성이 상당히 좋지 않아 반응이 진행됨에 따라 즉각적으로 비수성 용매 내에 완전한 고체로 석출될 수 있다. 따라서, 다른 알칼리 금속에 비하여 세슘을 포함하는 옥살라토인산 염은 99% 이상의 고순도의 고체로 수득될 수 있다.In particular, in the case of cesium, its affinity for solvents is quite poor compared to other metals of the same group, so as the reaction progresses, it can immediately precipitate as a complete solid in a non-aqueous solvent. Therefore, compared to other alkali metals, oxalatophosphate salt containing cesium can be obtained as a solid with a high purity of 99% or more.

또한, 본 발명의 제조방법에 따르면, 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (CsDFBOP) 또는 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (CsTFOP)는 반응 중에 고체로 형성되기 때문에, 비수전해액의 첨가제로 사용시 전지의 성능에 크게 악영향을 주는 염소화합물 및 유리산의 오염 없이 경제적이고 공업적으로 제조할 수 있다.In addition, according to the production method of the present invention, cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) or cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP) is formed as a solid during the reaction, so it can be used as an additive to the non-aqueous electrolyte solution. It can be manufactured economically and industrially without contamination from chlorine compounds and free acids, which greatly adversely affect battery performance during use.

또한, 본 발명의 제조방법에 따르면, 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (CsDFBOP) 또는 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (CsTFOP)는 배터리 성능에 문제를 일으키는 요인 중 하나인 수분의 함량이 낮아 비수전해액의 첨가제로 매우 적합할 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the present invention, cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) or cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP) has a moisture content, which is one of the factors causing problems in battery performance. This low value makes it very suitable as an additive for non-aqueous electrolytes.

이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. The terminology used in the description herein is merely to effectively describe specific embodiments and is not intended to limit the invention.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Additionally, as used in the specification and the appended claims, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to also include the plural forms, unless the context clearly dictates otherwise.

본 발명은 리튬 이차 전지용 전해액의 첨가제로서 유용한 고순도 고체상의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 구체적으로 하기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트, 옥살산 및 비수성 용매를 혼합하고 사염화규소를 적가하여 반응시켜 하기 화학식 1의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트를 제조하는 단계; 및 에테르계 용매를 투입하여 여과하는 단계;를 포함한다.The present invention provides a method for efficiently producing high-purity solid cesium fluorooxalatophosphate, which is useful as an additive for electrolyte solutions for lithium secondary batteries, and specifically, mixing cesium hexafluorophosphate of the following formula (2), oxalic acid, and a non-aqueous solvent. and adding silicon tetrachloride dropwise and reacting to prepare cesium fluorooxalatophosphate of the following formula (1); And a step of filtering by adding an ether-based solvent.

[화학식 1][Formula 1]

[화학식 2][Formula 2]

(상기 화학식 1에서, m은 1 또는 2의 정수이다.)(In Formula 1, m is an integer of 1 or 2.)

상기 화학식 1에서 m이 2인 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (CsDFBOP) 또는 m이 1인 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (CsTFOP)는 각각 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP) 또는 리튬 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (LiTFOP)와 동일 구조를 가지되, 리튬 대신 1족 알칼리 금속인 세슘을 포함하는 디플루오로비스(옥살레이토)인산염 또는 테트라플루오로(옥살레이토)인산염으로, LiDFBOP 또는 LiTFOP와 동일하게 리튬이차전지, 리튬 이온 캐퍼시터 등의 성능 향상을 위한 전해액 첨가제로서 효과를 나타낼 수 있다.In Formula 1, cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) with m of 2 or cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP) with m of 1 is lithium difluorobis(oxalato)phosphate, respectively. (LiDFBOP) or lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate (LiTFOP), but has the same structure as difluorobis(oxalato)phosphate or tetrafluoro(oxalate) containing cesium, a Group 1 alkali metal, instead of lithium. ) Phosphate, it can be effective as an electrolyte additive to improve the performance of lithium secondary batteries, lithium ion capacitors, etc., in the same way as LiDFBOP or LiTFOP.

그러나, 종래에는 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP) 및 리튬 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (LiTFOP)의 제조방법에 대해서만 공지되어 있을 뿐, 알칼리 금속 중 세슘을 포함하는 옥살레이토인산염의 제조방법에 대해서는 전혀 공지된 바 없다. However, conventionally, only the production method of lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP) and lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate (LiTFOP) is known, and oxalate phosphate containing cesium among alkali metals. There is nothing known about the manufacturing method.

본 발명자들은 동일 족의 금속 원소이지만, 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 금속염은 포함된 금속의 종류에 따라 비수성 용매 내에서 용해도가 완전히 상이함을 발견하고 본 발명을 완성하였다. 용매와의 친화성이 매우 강하여 유기용매 내에 완전히 용해된 상태로 존재하는 LiDFOP는 고체로 정제하는 것이 매우 어렵기 때문에 비수전해액 전지의 성능에 크게 악영향을 주는 염소화합물이나 유리산이 존재하지 않는 고순도의 디플루오로비스(옥살라토)인산 리튬을 얻는 것이 불가능한 문제점이 있다.The present inventors completed the present invention by discovering that, although it is a metal element of the same group, the solubility of difluorobis(oxalato)phosphate metal salt is completely different in non-aqueous solvents depending on the type of metal contained therein. LiDFOP, which has a very strong affinity for solvents and exists in a completely dissolved state in organic solvents, is very difficult to purify into a solid, so it is a high-purity solution that does not contain chlorine compounds or free acids that greatly adversely affect the performance of non-aqueous electrolyte batteries. There is a problem in that it is impossible to obtain lithium fluorobis(oxalato)phosphate.

그러나, 본 발명의 제조방법에 따라 사염화규소의 적가 하 비수성 용매 내에서 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 및 옥살산을 반응시켜 제조된 화학식 1의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트는 세슘 금속의 독특한 성질로 인하여 동일 족 다른 알칼리 금속과는 반대로 용매와의 친화성이 아주 나빠 비수성 용매 내에서 고체로 석출되기 때문에, 고순도의 고체로서 수득이 가능하다.However, cesium fluorooxalatophosphate of Chemical Formula 1, prepared by reacting cesium hexafluorophosphate of Chemical Formula 2 and oxalic acid in a non-aqueous solvent under the dropwise addition of silicon tetrachloride according to the production method of the present invention, has unique properties of cesium metal. Therefore, unlike other alkali metals of the same group, it has very poor affinity with solvents and precipitates as a solid in non-aqueous solvents, so it can be obtained as a high-purity solid.

본 발명의 일 실시예에 따른 비수성 용매는 반응성분들과 반응하지 않는 불활성 비수성 용매로, 환상 카보네이트, 쇄상 카보네이트, 쇄상 니트릴, 환상 에스테르, 쇄상 에스테르 및 쇄상 할로겐화 용매로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 비수성 용매가 사용될 수 있다. 예를 들면, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 부틸렌카보네이트(BC), 비닐렌카보네이트(VC) 등의 환상 카보네이트, 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트(DPC), 메틸에틸카보네이트(MEC), 메틸프로필카보네이트(MPC), 메틸이소프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트(EPC) 등의 쇄상 카보네이트, 아세토니트릴, 프로피오니트릴 등의 쇄상 니트릴, 부티로락톤, 발레로락톤 등의 환상 에스테르, 아세트산에틸, 프로피온산에틸 등의 쇄상 에스테르, 디클로로메탄, 1,2-디클로로에탄 등의 쇄상 할로겐화 용매 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 비수용매는 탈수된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명에 사용되는 비수용매 중의 수분 농도는 바람직하게는 100 중량ppm 이하일 수 있다.The non-aqueous solvent according to an embodiment of the present invention is an inert non-aqueous solvent that does not react with reactive components, and is one or two selected from the group consisting of cyclic carbonates, chain carbonates, chain nitriles, cyclic esters, chain esters, and chain halogenated solvents. Any of the above non-aqueous solvents may be used. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and dipropyl carbonate. Chain carbonates such as (DPC), methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propyl carbonate (MPC), methyl isopropyl carbonate, and ethyl propyl carbonate (EPC), chain nitriles such as acetonitrile and propionitrile, butyrolactone, and valeric acid. Cyclic esters such as rolactone, chain esters such as ethyl acetate and ethyl propionate, and chain halogenated solvents such as dichloromethane and 1,2-dichloroethane may be used, but are not limited thereto. These non-aqueous solvents are preferably dehydrated, and the moisture concentration in the non-aqueous solvent used in the present invention may preferably be 100 ppm by weight or less.

본 발명의 일 실시예에 따른 비수성 용매 중의 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트의 농도는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 1 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 30 중량%, 보다 더 바람직하게는 3 내지 10 중량%의 범위일 수 있다. 상기 농도 범위 내에서 반응이 원활하게 수행될 수 있으며, 40 중량% 초과하는 경우 용액의 점도가 상승함으로써, 반응을 원활하게 행하는 것이 곤란하기 때문에, 바람직하지 않다. The concentration of cesium hexafluorophosphate of Formula 2 in the non-aqueous solvent according to an embodiment of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 to 40% by weight, more preferably 3 to 30% by weight, and even more. Preferably it may be in the range of 3 to 10% by weight. The reaction can be carried out smoothly within the above concentration range, but if it exceeds 40% by weight, the viscosity of the solution increases, making it difficult to carry out the reaction smoothly, which is not preferable.

본 발명의 일 실시예에 따른 옥살산은 시판되고 있는 이수화물을 건조한 것을 사용할 수 있으며, 건조의 방법은 특별히 한정하는 것이 아니고 가열, 진공 건조 등의 방법을 이용할 수 있으며, 건조시킨 옥살산 중의 수분이 300 질량ppm 이하인 것이 바람직하다. Oxalic acid according to an embodiment of the present invention can be obtained by drying commercially available dihydrate. The drying method is not particularly limited and methods such as heating and vacuum drying can be used. The moisture in the dried oxalic acid is 300. It is preferable that it is less than mass ppm.

본 발명의 일 실시예에 따른 옥살산은 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 1 몰에 대해 바람직하게는 1.0 내지 5.0 몰, 반응효율 측면에서 보다 바람직하게는 1.1 내지 3.5 몰이 사용될 수 있다. 옥살산의 사용량이 5.0 몰을 초과하면 미반응 옥살산이 너무 많이 남게 되어 목적하는 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트의 순도가 낮아져 전해액의 성능에 영향을 미칠 수 있게 된다.Oxalic acid according to an embodiment of the present invention may be preferably used in an amount of 1.0 to 5.0 mole, and more preferably in an amount of 1.1 to 3.5 mole in terms of reaction efficiency, per 1 mole of cesium hexafluorophosphate of Formula 2. If the amount of oxalic acid used exceeds 5.0 mol, too much unreacted oxalic acid remains, which lowers the purity of the desired cesium fluorooxalatophosphate, which may affect the performance of the electrolyte solution.

보다 더 바람직하게 옥살산이 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 1 몰에 대하여 1.0 내지 1.5 몰로 사용되면 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트(CsTFOP, 화학식 1에서 m이 1인 경우에 해당)가 고수율 및 고순도로 제조될 수 있다. More preferably, when oxalic acid is used in an amount of 1.0 to 1.5 mol per 1 mole of cesium hexafluorophosphate of Formula 2, cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP, corresponding to the case where m in Formula 1 is 1) is high. It can be manufactured with high yield and high purity.

보다 더 바람직하게 옥살산이 상기 화학식 2의 헥사플루오로인산 알칼리 금속염 1 몰에 대하여 2.5 내지 3.5 몰로 사용되면 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트(CsDFBOP, 화학식 1에서 m이 2인 경우에 해당)가 고수율 및 고순도로 제조될 수 있다.More preferably, when oxalic acid is used in an amount of 2.5 to 3.5 mol per mole of the alkali metal salt of hexafluorophosphate of Formula 2, cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP, corresponding to the case where m is 2 in Formula 1) Can be manufactured with high yield and high purity.

본 발명의 일 실시예에 따른 사염화규소는 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 1 몰에 대하여 0.5 내지 1.5 몰, 반응효율측면에서 보다 바람직하게는 0.5 내지 1.2 몰 범위로 사용되는 것이 바람직하다. 사염화규소의 사용량이 1.5 몰 초과하는 경우 부생성물로서 불휘발성의 염소화합물이 많이 생성될 수 있다.Silicon tetrachloride according to an embodiment of the present invention is preferably used in an amount of 0.5 to 1.5 mol, more preferably 0.5 to 1.2 mol, based on 1 mol of cesium hexafluorophosphate of Chemical Formula 2. If the amount of silicon tetrachloride used exceeds 1.5 mol, a large amount of non-volatile chlorine compounds may be generated as by-products.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 1 몰에 대하여 옥살산 2.5 내지 3.5 몰, 사염화규소 1.0 내지 1.5 몰 사용하는 경우 상기 화학식 1에서 m이 2인 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트(CsDFBOP)를 효율적으로 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when 2.5 to 3.5 moles of oxalic acid and 1.0 to 1.5 moles of silicon tetrachloride are used per 1 mole of cesium hexafluorophosphate of Formula 2, cesium difluorobis where m is 2 in Formula 1 (Oxalate)phosphate (CsDFBOP) can be produced efficiently.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 1 몰에 대하여 옥살산 1.0 내지 1.5 몰, 사염화규소 0.5 내지 0.8 몰 사용하는 경우 상기 화학식 1에서 m이 1인 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트(CsTFOP)를 효율적으로 제조할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when 1.0 to 1.5 moles of oxalic acid and 0.5 to 0.8 moles of silicon tetrachloride are used per 1 mole of cesium hexafluorophosphate of Chemical Formula 2, cesium tetrafluoroacetic acid (m is 1) in Chemical Formula 1 Oxalato)phosphate (CsTFOP) can be produced efficiently.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 및 옥살산의 반응은 수분을 함유하지 않는 분위기에서 수행될 수 있으며, 질소, 아르곤 등의 불활성 가스 분위기에서 반응을 수행하는 것이 바람직하다.The reaction between cesium hexafluorophosphate of Chemical Formula 2 and oxalic acid according to an embodiment of the present invention may be carried out in an atmosphere that does not contain moisture, and it is preferable to carry out the reaction in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. .

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 반응은 0 내지 30℃에서 수행되며, 구체적으로 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트, 옥살산 및 비수성 용매의 혼합은 15 내지 30℃에서 진행되고 사염화규소의 적가는 0 내지 10℃에서 진행된다. 사염화규소 적가 시 격렬한 반응으로 고열이 발생하게 되는데, 이때 열에 취약한 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트의 PF6 -의 분해를 방지하기 위하여 사염화규소의 적가는 반드시 0 내지 10℃에서 진행하는 것이 바람직하다.The reaction according to an embodiment of the present invention is carried out at 0 to 30°C. Specifically, the mixing of cesium hexafluorophosphate of Chemical Formula 2, oxalic acid and non-aqueous solvent is carried out at 15 to 30°C, and the admixture of silicon tetrachloride is carried out at 15 to 30°C. Grinding is carried out at 0 to 10°C. When silicon tetrachloride is added dropwise, high heat is generated due to a violent reaction. In this case, in order to prevent decomposition of PF 6 - of the cesium hexafluorophosphate of formula 2, which is vulnerable to heat, it is preferable that the dropwise addition of silicon tetrachloride is carried out at 0 to 10°C. do.

본 발명의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트의 제조방법은 온화한 조건에서 반응이 진행되며 고수율 및 고순도의 고체 생성물을 용이하게 얻을 수 있어 대량생산이 가능하다.The method for producing cesium fluoro oxalate phosphate of the present invention allows the reaction to proceed under mild conditions and can easily obtain a high yield and high purity solid product, enabling mass production.

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어서, 사염화규소의 적가에 따라 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 및 옥살산의 반응이 진행됨에 따라 상기 화학식 1의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트는 고체상으로 반응혼합물 내에 침전되며, 이를 분리 및 정제하기 위하여 에테르계 용매를 투입하여 여과하는 과정을 거친다. 에테르계 용매를 투입한 후 단순 여과를 통해 부생성물인 염소화합물 및 유리산, 미반응된 옥살산 등과 불순물이 용해되어 있는 반응혼합물로부터 상기 화학식 1의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트 고체를 고순도로 완벽하게 분리할 수 있다. In the production method according to an embodiment of the present invention, as the reaction between cesium hexafluorophosphate of Formula 2 and oxalic acid proceeds according to the dropwise addition of silicon tetrachloride, cesium fluorooxalatophosphate of Formula 1 reacts in a solid phase. It precipitates in the mixture, and in order to separate and purify it, it goes through a process of filtration by adding an ether-based solvent. After adding the ether-based solvent, the cesium fluorooxalatophosphate solid of Formula 1 is completely separated with high purity from the reaction mixture containing dissolved impurities such as by-products, chlorine compounds, free acid, unreacted oxalic acid, etc., through simple filtration. can do.

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어서, 에테르계 용매를 투입한 후 단순 여과를 통해 미반응 옥살산과 불순물이 완전 제거되어 수득된 상기 화학식 1의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트는 전해액 첨가제로서 추가의 불순물 제거 및 정제 과정을 거치지 않고 바로 사용 가능할 정도의 99% 이상의 고순도를 가지고 있다.In the production method according to an embodiment of the present invention, the cesium fluorooxalatophosphate of Formula 1, obtained by completely removing unreacted oxalic acid and impurities through simple filtration after adding an ether-based solvent, is added as an electrolyte additive. It has a high purity of over 99% that allows it to be used immediately without going through impurity removal and purification processes.

본 발명의 일 실시예에 있어, 상기 여과 후 수득된 상기 화학식 1의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트를 추가적으로 에테르계 용매로 일회 내지 수회 세정하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of additionally washing the cesium fluorooxalatophosphate of Chemical Formula 1 obtained after the filtration with an ether-based solvent may be included once to several times.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples and comparative examples. The following examples are intended to illustrate the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[실시예 1] 고순도 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (CsDFBOP) 고체의 제조[Example 1] Preparation of high purity cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) solid

Figure 112018118979929-pat00005
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상온에서 2L 플라스크에 세슘 헥사플루오로포스페이트 (CsPF6) (22.14 g, 0.08 mol)과 옥살산 (22.14 g, 0.24 mol)을 투입하고, 질소로 안정한 반응 조건을 형성시킨 후 디메틸카보네이트 (420 mL)를 가하고 2시간동안 교반하였다. 교반이 완료되면 반응 온도를 얼음물을 사용하여 0 ℃로 낮추고, 사염화규소 (SiCl4) (10.15 mL, 0.08 mol)를 30분에 걸쳐 천천히 적가하였다. 사염화규소의 적가가 완료되면 반응 온도를 상온으로 가온한 후 12시간동안 교반하였다. 교반 완료 후 디에틸에테르 (Et2O) (300 mL)를 가하여 반응혼합물을 희석하고, 1시간동안 추가로 교반한 다음, 여과하여 고체를 분리하였다. 분리된 고체를 디에틸에테르 (Et2O) (300 mL)로 추가 세정한 후 진공으로 감압하여 건조시켜 흰색 고체의 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (CsDFBOP)를 수득하였다(30.58 g, 0.08 mol, 100 % 수득율, 99.5 % (19F NMR 순도)). 최종 생성물 분석은 핵자기공명 장비 및 칼-피셔(Karl-Fisher) 수분분석장비를 활용하여 분석하였다.Cesium hexafluorophosphate (CsPF 6 ) (22.14 g, 0.08 mol) and oxalic acid (22.14 g, 0.24 mol) were added to a 2L flask at room temperature, and after forming stable reaction conditions with nitrogen, dimethyl carbonate (420 mL) was added. Added and stirred for 2 hours. When stirring was completed, the reaction temperature was lowered to 0°C using ice water, and silicon tetrachloride (SiCl 4 ) (10.15 mL, 0.08 mol) was slowly added dropwise over 30 minutes. When the dropwise addition of silicon tetrachloride was completed, the reaction temperature was warmed to room temperature and stirred for 12 hours. After completion of stirring, diethyl ether (Et 2 O) (300 mL) was added to dilute the reaction mixture, stirred for additional 1 hour, and then filtered to separate the solid. The separated solid was further washed with diethyl ether (Et 2 O) (300 mL) and then dried under reduced pressure in vacuum to obtain cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) as a white solid (30.58 g, 0.08 mol, 100% yield, 99.5% ( 19F NMR purity)). The final product was analyzed using nuclear magnetic resonance equipment and Karl-Fisher moisture analysis equipment.

19F NMR (500MHz, DMSO-d6): δ -60 (d, F) ppm; Moisture content by oven Karl-Fisher instrument 315 ppm. 19 F NMR (500 MHz, DMSO-d 6 ): δ -60 (d, F) ppm; Moisture content by oven Karl-Fisher instrument 315 ppm.

[실시예 2] 고순도 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (CsTFOP) 고체의 제조[Example 2] Preparation of high purity cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP) solid

Figure 112018118979929-pat00006
Figure 112018118979929-pat00006

상온에서 250 mL 플라스크에 세슘 헥사플루오로포스페이트 (CsPF6) (4.65 g, 0.017 mol)과 옥살산 (1.75 g, 0.019 mol)을 투입하고, 질소로 안정한 반응 조건을 형성시킨 후 디메틸카보네이트 (80 mL)를 가하고 2시간동안 교반하였다. 교반이 완료되면 반응 온도를 얼음물을 사용하여 0 ℃로 낮추고, 사염화규소 (SiCl4) (0.98 mL, 0.0085 mol)를 5분에 걸쳐 천천히 적가하였다. 사염화규소의 적가가 완료되면 반응 온도를 상온으로 가온한 후 12시간동안 교반하였다. 교반 완료 후 디에틸에테르 (Et2O) (60 mL)를 가하여 반응혼합물을 희석하고, 1시간동안 추가로 교반한 다음, 여과하여 고체를 분리하였다. 분리된 고체를 디에틸에테르 (Et2O) (30 mL)로 추가 세정한 후 진공으로 감압하여 건조시켜 흰색 고체의 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (CsTFOP)를 수득하였다(4.92 g, 0.015 mol, 약 89 % 수득율, 99.5 % (19F NMR 순도)). 최종 생성물 분석은 핵자기공명 장비를 활용하여 분석하였다. Cesium hexafluorophosphate (CsPF 6 ) (4.65 g, 0.017 mol) and oxalic acid (1.75 g, 0.019 mol) were added to a 250 mL flask at room temperature, and after forming stable reaction conditions with nitrogen, dimethyl carbonate (80 mL) was added. was added and stirred for 2 hours. When stirring was completed, the reaction temperature was lowered to 0°C using ice water, and silicon tetrachloride (SiCl 4 ) (0.98 mL, 0.0085 mol) was slowly added dropwise over 5 minutes. When the dropwise addition of silicon tetrachloride was completed, the reaction temperature was warmed to room temperature and stirred for 12 hours. After completion of stirring, diethyl ether (Et 2 O) (60 mL) was added to dilute the reaction mixture, stirred for additional 1 hour, and then filtered to separate the solid. The separated solid was further washed with diethyl ether (Et 2 O) (30 mL) and then dried under reduced pressure in vacuum to obtain cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP) as a white solid (4.92 g, 0.015 mL). mol, approximately 89% yield, 99.5% ( 19F NMR purity)). The final product was analyzed using nuclear magnetic resonance equipment.

19F NMR (500MHz, DMSO-d6): δ -65.5 (t, F), -67.5 (t, F), -78.5 (t, F), -74.0 (t, F) ppm. 19 F NMR (500 MHz, DMSO-d 6 ): δ -65.5 (t, F), -67.5 (t, F), -78.5 (t, F), -74.0 (t, F) ppm.

[비교예 1] 세슘 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (CsDFBOP) 고체의 제조[Comparative Example 1] Preparation of cesium difluorobis(oxalato)phosphate (CsDFBOP) solid

상온에서 50 mL 플라스크에 세슘 헥사플루오로포스페이트 (CsPF6) (0.23 g, 0.83 mmol)과 옥살산 (0.16 g, 1.74 mmol)을 투입하고, 질소로 안정한 반응 조건을 형성시킨 후 디메틸카보네이트 (4 mL)를 가하고 2시간동안 교반하였다. 교반이 완료되면 반응 온도를 얼음물을 사용하여 0 ℃로 낮추고, 사염화규소 (SiCl4) (0.15 mL, 0.83 mmol)를 천천히 적가하였다. 사염화규소의 적가가 완료되면 반응 온도를 상온으로 가온한 후 12시간동안 교반하였다. 교반 완료 후 pH(산도)를 pH paper로 측정한 후 진공 감압하여 휘발성 물질을 제거하여 생성물을 고체상으로 수득하였다.Cesium hexafluorophosphate (CsPF 6 ) (0.23 g, 0.83 mmol) and oxalic acid (0.16 g, 1.74 mmol) were added to a 50 mL flask at room temperature, and after forming stable reaction conditions with nitrogen, dimethyl carbonate (4 mL) was added. was added and stirred for 2 hours. When stirring was completed, the reaction temperature was lowered to 0°C using ice water, and silicon tetrachloride (SiCl 4 ) (0.15 mL, 0.83 mmol) was slowly added dropwise. When the dropwise addition of silicon tetrachloride was completed, the reaction temperature was warmed to room temperature and stirred for 12 hours. After stirring was completed, the pH (acidity) was measured using pH paper, and then the pressure was reduced under vacuum to remove volatile substances, thereby obtaining the product in solid form.

최종 반응 용액의 pH(산도)를 pH paper로 측정한 결과 pH=2 수준이었으며, 휘발성 물질을 제거하여 수득된 생성물의 무게를 측정한 결과, 얻고자 하는 최종 생성물 CsDFBOP 대비 130 % 수득율이 계산되었다. 즉, 상기 측정된 pH와 수득율로부터 옥살산이 수득된 생성물 내에 잔류하고 있음을 알 수 있었다. 또한, 수득된 생성물을 NMR 분석한 결과, 얻고자 하는 최종 생성물 CsDFBOP 이외에도 세슘 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (CsTFOP)가 함께 존재하는 것으로 확인되었다. 19F NMR 분석 결과, CsDFBOP : CsTFOP = 4 : 1 몰비로 존재하여 CsDFBOP는 Cs 염물질 비율 중 80 % 순도 수준으로 확인되었다. 또한 1H NMR 및 19F NMR에 의하여 확인이 불가한 물질이 혼합되어 있었다.The pH (acidity) of the final reaction solution was measured with pH paper and was found to be pH = 2. As a result of measuring the weight of the product obtained by removing volatile substances, the yield was calculated to be 130% compared to the desired final product, CsDFBOP. That is, it could be seen from the measured pH and yield that oxalic acid remained in the obtained product. In addition, as a result of NMR analysis of the obtained product, it was confirmed that cesium tetrafluoro(oxalato)phosphate (CsTFOP) was present in addition to the desired final product CsDFBOP. As a result of 19 F NMR analysis, CsDFBOP:CsTFOP = 4:1 molar ratio was present, and CsDFBOP was confirmed to have a purity level of 80% among the Cs salt ratio. Additionally, substances that could not be identified by 1 H NMR and 19 F NMR were mixed.

[비교예 2] 리튬 디플루오로비스(옥살레이토)포스페이트 (LiDFBOP) 고체의 제조[Comparative Example 2] Preparation of lithium difluorobis(oxalato)phosphate (LiDFBOP) solid

상온에서 50 mL 플라스크에 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6) (0.44 g, 0.029 mmol)과 옥살산 (0.53 g, 0.058 mol)을 투입하고, 질소로 안정한 반응 조건을 형성시킨 후 디메틸카보네이트 (420 mL)를 가하고 2시간동안 교반하였다. 교반이 완료되면 반응 온도를 얼음물을 사용하여 0 ℃로 낮추고, 사염화규소 (SiCl4) (0.33 mL, 0.029 mmol)을 5분에 걸쳐 천천히 적가하였다. 사염화규소의 적가가 완료되면 반응 온도를 상온으로 가온한 후 12시간동안 교반하였다. 교반 완료 후 pH(산도)를 pH paper로 측정한 후 진공 감압하여 휘발성 물질을 제거하여 흰색의 고형분과 점성의 투명한 물질이 혼합된 생성물을 수득하였다. Add lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) (0.44 g, 0.029 mmol) and oxalic acid (0.53 g, 0.058 mol) to a 50 mL flask at room temperature, create stable reaction conditions with nitrogen, and then add dimethyl carbonate (420 mL). was added and stirred for 2 hours. When stirring was completed, the reaction temperature was lowered to 0°C using ice water, and silicon tetrachloride (SiCl 4 ) (0.33 mL, 0.029 mmol) was slowly added dropwise over 5 minutes. When the dropwise addition of silicon tetrachloride was completed, the reaction temperature was warmed to room temperature and stirred for 12 hours. After stirring was completed, the pH (acidity) was measured using pH paper, and volatile substances were removed by vacuum decompression to obtain a product containing a mixture of white solid and viscous transparent material.

최종 반응 용액의 pH(산도)를 pH paper로 측정한 결과 pH=2 수준이었으며, 휘발성 물질을 제거하여 수득된 생성물의 무게를 측정한 결과, 얻고자 하는 최종 생성물 LiDFBOP 대비 대략 113 % 수득율이 계산되었다. 즉, 상기 측정된 pH와 수득율로부터 옥살산이 수득된 생성물 내에 잔류하고 있음을 알 수 있었다. 또한, 수득된 생성물을 NMR 분석한 결과, 얻고자 하는 최종 생성물 LiDFBOP 이외에도 리튬 테트라플루오로(옥살레이토)포스페이트 (LiTFOP) 가 함께 존재하는 것으로 확인되었다. 19F NMR 분석 결과, LiDFBOP : LiTFOP = 3 : 2 몰비로 존재하여 LiDFBOP는 Li 염물질 비율 중 60 % 순도 수준으로 확인되었다. 또한 1H NMR 및 19F NMR에 의하여 확인이 불가한 물질이 혼합되어 있었다.The pH (acidity) of the final reaction solution was measured with pH paper and was found to be pH = 2. As a result of measuring the weight of the product obtained by removing volatile substances, the yield was calculated to be approximately 113% compared to the desired final product LiDFBOP. . That is, it could be seen from the measured pH and yield that oxalic acid remained in the obtained product. In addition, as a result of NMR analysis of the obtained product, it was confirmed that lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate (LiTFOP) was present in addition to the desired final product LiDFBOP. As a result of 19 F NMR analysis, LiDFBOP: LiTFOP = 3: 2 molar ratio was present, and LiDFBOP was confirmed to have a purity level of 60% among the Li salt material ratio. Additionally, substances that could not be identified by 1 H NMR and 19 F NMR were mixed.

Claims (9)

하기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트, 옥살산 및 비수성 용매를 혼합하고 사염화규소를 적가하여 반응시켜 하기 화학식 1의 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트를 제조하는 단계; 및
에테르계 용매를 투입하여 여과하는 단계;를 포함하는 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트 고체의 제조방법으로서,
상기 비수성 용매 중의 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트의 농도는 1 내지 40 중량%이고, 상기 옥살산은 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 1 몰에 대하여 1.0 내지 5.0 몰 범위로 사용되고, 상기 사염화규소는 상기 화학식 2의 세슘 헥사플루오로포스페이트 1 몰에 대하여 0.5 내지 1.5 몰 범위로 사용되는 것인, 제조방법.
[화학식 1]
Figure 112024003069424-pat00009

[화학식 2]

(상기 화학식 1에서, m은 1 또는 2의 정수이다.)
Preparing cesium fluorooxalatophosphate of the following formula (1) by mixing cesium hexafluorophosphate of the formula (2), oxalic acid, and a non-aqueous solvent and adding silicon tetrachloride dropwise to react; and
A method for producing cesium fluoro-oxalatophosphate solid, comprising adding an ether-based solvent and filtering it,
The concentration of cesium hexafluorophosphate of Formula 2 in the non-aqueous solvent is 1 to 40% by weight, the oxalic acid is used in the range of 1.0 to 5.0 mole per mole of cesium hexafluorophosphate of Formula 2, and the silicon tetrachloride is used in the range of 0.5 to 1.5 mole based on 1 mole of cesium hexafluorophosphate of Formula 2.
[Formula 1]
Figure 112024003069424-pat00009

[Formula 2]

(In Formula 1, m is an integer of 1 or 2.)
제 1항에 있어서,
상기 비수성 용매는 환상 카보네이트, 쇄상 카보네이트, 쇄상 니트릴, 환상 에스테르, 쇄상 에스테르 및 쇄상 할로겐화 용매로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 비수성 용매인, 제조방법.
According to clause 1,
The non-aqueous solvent is one or two or more non-aqueous solvents selected from the group consisting of cyclic carbonate, chain carbonate, chain nitrile, cyclic ester, chain ester, and chain halogenated solvent.
제 2항에 있어서,
상기 비수성 용매는 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 디프로필카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트이트, 부틸렌카보네이트, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로락톤, 발레로락톤, 아세트산에틸, 프로피온산에틸, 디클로로메탄 및 1,2-디클로로에탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상인, 제조방법.
According to clause 2,
The non-aqueous solvent is dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate, methylpropyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, acetonitrile, propionitrile. , butyrolactone, valerolactone, ethyl acetate, ethyl propionate, dichloromethane, and 1,2-dichloroethane, one or two or more selected from the group consisting of, production method.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 반응은 0 내지 30 ℃의 범위에서 수행되는 것인, 제조방법.
According to clause 1,
The production method is that the reaction is carried out in the range of 0 to 30 ° C.
제 1항에 있어서,
상기 에테르계 용매는 선형에테르, 환형에테르 또는 이들의 조합인, 제조방법.
According to clause 1,
The production method wherein the ether-based solvent is linear ether, cyclic ether, or a combination thereof.
제 7항에 있어서,
상기 선형에테르는 디메틸에테르, 디에틸에테르, 디프로필에테르, 디부틸에테르, 디이소부틸에테르, 에틸메틸에테르, 에틸프로필에테르, 에틸t-부틸에테르, 디메톡시메탄, 트리메톡시메탄, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 디메톡시프로판, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디비닐에테르, 디에틸렌글리콜 디비닐에테르, 트리에틸렌글리콜 디비닐에테르, 디에틸렌글리콜 에틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜 이소프로필메틸에테르, 디에틸렌글리콜 부틸메틸에테르, 디에틸렌글리콜 t-부틸에틸에테르 및 에틸렌글리콜 에틸메틸에테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상이고, 상기 환형에테르는 디옥솔란, 메틸디옥솔란, 디메틸디옥솔란, 비닐디옥솔란, 메톡시디옥솔란, 에틸메틸디옥솔란, 옥세인, 디옥세인, 트리옥세인, 테트라하이드로퓨란, 메틸테트라하이드로퓨란, 디메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시테트라히드로퓨란, 에톡시테트라히드로퓨란, 디하이드로피란, 테트라하이드로피란, 퓨란 및 메틸퓨란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상인, 제조방법.
According to clause 7,
The linear ethers include dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, diisobutyl ether, ethyl methyl ether, ethyl propyl ether, ethyl t-butyl ether, dimethoxymethane, trimethoxymethane, and dimethoxyethane. , diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol One or two or more selected from the group consisting of divinyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol isopropyl methyl ether, diethylene glycol butyl methyl ether, diethylene glycol t-butyl ethyl ether, and ethylene glycol ethyl methyl ether. And the cyclic ether is dioxolane, methyldioxolane, dimethyldioxolane, vinyldioxolane, methoxydioxolane, ethylmethyldioxolane, oxane, dioxane, trioxane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, A method of producing one or two or more selected from the group consisting of dimethyltetrahydrofuran, dimethoxytetrahydrofuran, ethoxytetrahydrofuran, dihydropyran, tetrahydropyran, furan, and methylfuran.
제 1항 내지 제 3항 및 제 6항 내지 제 8항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 세슘 플루오로 옥살레이토 포스페이트 고체는 99% 이상의 순도를 가지는 것인, 제조방법.
According to any one selected from claims 1 to 3 and claims 6 to 8,
A production method wherein the cesium fluoro oxalatophosphate solid has a purity of 99% or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101395663B1 (en) * 2012-03-09 2014-05-15 (주)켐트로스 Process for preparing lithium difluorobis(oxalato)phosphate, lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate, or their mixture

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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