JP3878940B2 - メタ燐酸リチウムの製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の技術分野】
本発明は固相加熱反応によるメタ燐酸リチウム(LiPO3)の合成の新規な方法に関する。この化合物はヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を合成するための中間性生物として有用である。この塩は水溶液中、非水溶液中、固相中または選択されたポリマー媒体中で良好な電解質となる。特に、本発明は従来試みられていない固体反応によりヘキサフルオロ燐酸リチウム(LiPF6)合成のための基礎化合物であるメタ燐酸リチウムを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
メタ燐酸リチウムに関する公知の文献にリチウム塩とピロ燐酸またはオルソ燐酸の加熱により得られたメタ燐酸との反応が記載されている。この反応は上記二段階の加熱処理によるもので下記反応式による[S. Sathiya Prakash, G.D.Tuli, S.K. Basu and R.D. Radan, "Advanced Inorganic Chemistry" S, Chand & Co., New Delhi, p.988(1998)]。
【0003】
【0004】
上記反応はメタ燐酸リチウムの合成のため条件を制御する必要があり、メタ燐酸リチウムの製造に複数の処理ステップを含む、水溶液から製品を得るため結晶化の処理が必要となる、等の不都合がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる目的は上述の不都合を解消してメタ燐酸リチウム(LiPO3)を合成する簡単で新規な方法を提供するにある。本発明の他の目的はメタ燐酸リチウム(LiPO3)を合成する完全な固相反応方法を提供するにある。本発明の他の目的はメタ燐酸リチウム(LiPO3)を得る単一ステップ処理方法を提供するにある。更に本発明の他の目的はメタ燐酸リチウム(LiPO3)を高収率(90%以上)で得る方法を提供するにある。
【0006】
【課題を解決する手段】
上記及び他の目的は本発明によるメタ燐酸リチウムを製造するための固相反応方法により達成された。従って、本発明は、リチウム原料と燐酸原料とを1:1〜2の割合で温度300〜350度の範囲で固相で反応させるメタ燐酸リチウムの製造方法を提供する。
【0007】
本発明の一実施形態においては、リチウム原料はLi2O、Li2CO3、LiOH、LiNO3またはそれらの混合物からなる群から選択される。本発明の他の実施形態においては、燐酸原料はピロ燐酸アンモニウム、燐酸アンモニウム、燐酸水素ニアンモニウム、燐酸ニ水素アンモニウムまたはそれらの混合物からなる群から選択される。本発明の他の実施形態においては、反応は固体状態において一ステップで行われる。本発明の他の実施形態においては、反応は300〜350℃の温度範囲で12時間行われ、リチウム原料はLi2O、LiOHまたはLiNO3から選択される。
【0008】
本発明の他の実施形態においては、反応原料は間接加熱室または電気炉で加熱される。本発明の更なる他の実施形態においては、Li2CO3は燐酸原料と600℃で反応させる。本発明の他の実施形態においては、リチウム原料と燐酸原料は加熱する前によく粉砕混合する。本発明の他の実施形態においては、リチウム原料と燐酸原料は等モル比で混合される。
【0009】
【発明の実施の形態】
好ましくは等モル比のピロ燐酸アンモニウム、燐酸アンモニウム、燐酸水素ニアンモニウム、燐酸ニ水素アンモニウムをLi2O、Li2CO3、LiOH、LiNO3と間接加熱室内において350℃で12時間反応させメタ燐酸リチウムを得る。メタ燐酸リチウムであることはX線解析により確認された。リチウム塩とピロまたはオルトアンモニウム塩との反応は下記式による。
【0010】
1.(NH4)4P2O7+2LiOH → 2LiPO3+4NH3+3H2O
2.(NH4)3PO4+LiOH → LiPO3+3NH3+2H2O
3.(NH4)2HPO4+LiOH → LiPO3+2NH3+2H2O
4.(NH4)2H2PO4+LiOH → LiPO3+2NH3+2H2O
【0011】
LiPO3を製造する新規な方法は、Li2O、Li2CO3、LiOH、LiNO3とピロ燐酸アンモニウム、燐酸アンモニウム、燐酸水素ニアンモニウム、燐酸ニ水素アンモニウムとの等モル量を混合し、この混合物をよく摩砕して磁器またはシリカの坩堝に入れる。混合物中のリチウム含有量、燐含有量はモル比1:1でなければならない。混合物を入れたシリカ坩堝を電気炉に入れ、炉をゆっくり350℃まで加熱し、12時間加熱して同温度に維持した。反応が終了したら炉を冷却し、製造物をよく摩砕してから純度の検査と物質の特定を行った。
【0012】
本発明によるメタ燐酸リチウムの合成方法は、リチウム塩(Li2O、Li2CO3、LiOH、LiNO3)を等モル量のピロ燐酸アンモニウム、燐酸アンモニウム、燐酸水素ニアンモニウム、または燐酸ニ水素アンモニウムと混合し、混合物をよく摩砕してからシリカ坩堝にいれる。混合物の入った坩堝を電気炉中で350℃に連続的に加熱し、LiPO3を得る。反応物は固体材料で間接加熱室または電気炉で加熱される。乾燥した精製Li2OまたはLi2CO3またはLiOHまたはLiNO3の必要量をピロ燐酸アンモニウム、燐酸アンモニウム、燐酸水素ニアンモニウム、燐酸ニ水素アンモニウムの何れかの燐酸塩の一つの等モル量と混合した。これらの塩中のLi、Pの含有量は1:1の比であった。このリチウム塩とリン酸塩との混合物をよく摩砕し、摩砕した混合物をシリカ製容器に移した。容器を電気炉内に入れ、炉をゆっくり350℃まで加熱し連続的に12時間加熱した。その後生成物を粉末化し純度と物質の特定のための解析を行った。
【0013】
以下の実施例は発明を説明するためのものであり、発明の技術範囲を制限するものと解釈すべきではない。
【0014】
実施例1
【0015】
モル比で1:2の乾燥Li2CO3規定量と乾燥(NH4)4P2O7規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し600℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0016】
【0017】
実施例2
【0018】
等モル比の乾燥Li2CO3規定量と乾燥(NH4)3PO4規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し600℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0019】
【0020】
実施例3
【0021】
等モル比の乾燥Li2CO3規定量と乾燥(NH4)2HPO4規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し600℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0022】
【0023】
実施例4
【0024】
等モル比の乾燥Li2CO3規定量と乾燥(NH4)HPO4規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し600℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0025】
【0026】
実施例5
【0027】
モル比で1:2の乾燥LiOH規定量と乾燥(NH4)4P2O7規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0028】
【0029】
実施例6
【0030】
等モル比の乾燥LiOH規定量と乾燥(NH4)2HPO4規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0031】
【0032】
実施例7
【0033】
等モル比の乾燥LiOH規定量と乾燥(NH4)2HPO4規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0034】
【0035】
実施例8
【0036】
モル比で1:2の乾燥LiOH規定量と乾燥(NH4)4P2O7規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0037】
【0038】
実施例9
【0039】
モル比で1:2の乾燥LiNO3規定量と乾燥(NH4)4P2O7規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0040】
【0041】
実施例10
【0042】
等モル比の乾燥LiNO3規定量と乾燥(NH4)2HPO4規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0043】
【0044】
実施例11
【0045】
等モル比の乾燥LiNO3規定量と乾燥(NH4)HPO4規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0046】
【0047】
実施例12
【0048】
モル比で1:2の乾燥Li2O規定量と乾燥(NH4)4P2O7規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0049】
【0050】
実施例13
【0051】
等モル比の乾燥Li2O規定量と乾燥(NH4)2HPO4規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0052】
【0053】
実施例14
【0054】
等モル比の乾燥Li2O規定量と乾燥(NH4)HPO4規定量との混合物を調製し、この混合物を粒子サイズ5〜10μmとなるまで摩砕した。上記混合物をシリカ/磁器坩堝に入れ、電気炉内に配置した。混合物を最初ゆっくり加熱し350℃で12時間連続的に加熱した。生成物はLiPO3であった。
【0055】
【0056】
結論
【0057】
ピロ燐酸アンモニウム、燐酸アンモニウム、燐酸水素ニアンモニウムまたは燐酸ニ水素アンモニウムはLi2O、Li2CO3、LiOH、LiNO3のようなリチウム塩と、LIとPが等モルで、反応しLiPO3を生成する。炭酸リチウム(Li2CO3)の場合は600℃で12時間加熱する必要があるが、上記の他のリチウム塩の場合は350℃で12時間加熱すればよい。生成物は白色でX線解析によりメタ燐酸リチウムであることが確認された。
【0058】
【発明の効果】
1.単一ステップの加熱反応による合成方法である。
【0059】
2.固体状態での加熱反応による方法である。
【0060】
3.Li2O、Li2CO3、LiOH、LiNO3のような如何なるリチウム塩でもピロ燐酸アンモニウム、燐酸アンモニウム、燐酸水素ニアンモニウムまたは燐酸ニ水素アンモニウムと混合反応させてメタ燐酸リチウムを得ることができる。
【0061】
4.メタ燐酸リチウムはヘキサフルオロ燐酸リチウムを合成するための基礎原料である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による製造方法で得られた生成物のX線解析による結果を示す。
Claims (9)
- メタ燐酸リチウムの製造方法において、リチウム原料と燐酸原料とを1:1〜2のモル比で混合し、該混合物を固体状で300〜650℃の温度範囲で反応させてメタ燐酸リチウムを得ることを特徴とする製造方法。
- 前記リチウム原料は、Li2O、Li2CO3、LiOH、LiNO3またはそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 前記燐酸原料は、ピロ燐酸アンモニウム、燐酸アンモニウム、燐酸水素ニアンモニウム、燐酸ニ水素アンモニウムまたはそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 前記反応は、固体状で単一ステップで行われることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 前記リチウム原料は、前記反応は、Li2O、LiOHまたはLiNO3から選択し、前記反応は350℃の温度で12時間行われることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 前記混合物は、間接加熱室または電気炉で加熱を行うことを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 前記リチウム原料はLi2CO3であり、燐酸原料と600℃で反応させることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 前記リチウム原料と燐酸原料とを混合し加熱反応の前に混合物をよく摩砕することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 前記リチウム原料と燐酸原料とを等モル比で混合することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
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