硫酸乙烯酯结构式分解温度

本发明属于化学合成技术领域,具体涉及一种制备硫酸乙烯酯的方法。硫酸乙烯酯可作为一种锂离子电池电解液添加剂。

硫酸乙烯酯是一种新型的、效果优良的二次锂离子电池电解液有机成膜添加剂。由于硫酸乙烯酯的中心硫原子电负性更强,在石墨负极界面的还原性比相应的碳酸酯强,因此优先于在电极界面形成更加稳定的固体电解质相界面膜。硫酸乙烯酯添加至锂电池电解液中能抑制电池初始容量的下降,增大初始放电容量,减少高温放置后电池的膨胀,提高电池充放电性能并增加循环次数。

公开资料显示,目前硫酸乙烯酯的制造方法,主要采用亚硫酸乙烯酯、次氯酸钠等水系氧化剂和催化剂在低温下进行,通常加入二氯甲烷等与水不互溶的有机溶剂对硫酸乙烯酯进行萃取保护,形成非均相的反应体系。由于硫酸乙烯酯易水解,形成强酸性物质,氧化过程中还需加入碳酸氢钠进行中和,需严格控制ph值范围。该方法的缺陷在于:

1.反应体系为非均相,导致反应难以充分进行,收率低;

2.反应中需严格控制低温,因氧化反应放出大量热,工业化生产中需采用低温制冷机不断循环的移走反应热,能耗高;

3.产生大量高cod废水,增加环境负担,加大了废水处理成本。

因此,目前需要一种新颖的制备硫酸乙烯酯的方法,以克服现有技术中存在的上述不足和问题,以低成本、低能耗,更适合于工业化生产的方式制备硫酸乙烯酯。

针对现有技术中存在的不足和问题,本发明的发明人经过深入研究后发现了一种反应温和、工艺简单、低成本、低能耗,更适合于工业化生产的硫酸乙烯酯的制备方法。

为此,本发明提供一种制备硫酸乙烯酯的方法,所述方法包括:

(1)提供氧化剂和有机溶剂的混合物,其中,所述氧化剂包含次氯酸钙;和

(2)将亚硫酸乙烯酯加入所述混合物中,形成硫酸乙烯酯。

在本发明一个实施方式中,所述氧化剂选自次氯酸钙或漂白粉。在本发明一个实施方式中,所述氧化剂是干燥的或者基本上不含水的。

在本发明一个实施方式中,所述有机溶剂选自酯、醚、醇、腈、酮、卤代烷烃和芳香烃中的一种或多种的组合;

优选地,所述有机溶剂的加入量为所述亚硫酸乙烯酯的质量的300%-1000%。

在本发明一个实施方式中,所述酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丙酯中的一种或多种的组合;

所述醚选自乙醚、1,4-二氧六环、四氢呋喃和乙二醇二甲醚中的一种或多种的组合;

所述醇选自甲醇、乙醇、丁醇、丙醇、丁醇和异丙醇中的一种或多种的组合;

所述腈选自乙腈、丙腈或它们的组合;

所述酮选自丙酮、甲乙酮、环己酮或它们任意的组合;

所述卤代烷烃选自二氯甲烷、二氯乙烷或它们任意的组合;和

所述芳香烃选自苯、甲苯、二甲苯、氯苯或它们任意的组合。

在本发明一个实施方式中,以有效氯计,所述氧化剂与亚硫酸乙烯酯的摩尔比为(1~1.3):1。

在本发明一个实施方式中,步骤(1)中,所述混合物还包含催化剂;

优选的,所述催化剂选自三氯化钌、氧化钌或它们的组合;

优选的,以氧化剂的质量计,所述催化剂的加入量为0.01~0.2%。

在本发明一个实施方式中,步骤(2)中,在搅拌条件下,在0-60℃的温度下,将亚硫酸乙烯酯滴加到所述混合物中,并保温反应1~12小时,形成包含硫酸乙烯酯的反应液;

优选的,所述方法还包括:过滤所述包含硫酸乙烯酯的反应液,经浓缩、重结晶后,形成硫酸乙烯酯。

在本发明一个实施方式中,步骤(2)中,所述亚硫酸乙烯酯通过乙二醇和二氯亚砜的缩合反应来制备;

优选的,将乙二醇加入二氯亚砜中,并在50-80℃的温度下反应1-3小时,形成包含亚硫酸乙烯酯的反应液;

优选的,所述乙二醇在1~3小时内滴加到二氯亚砜中;

优选的,所述包含亚硫酸乙烯酯的反应液进行蒸馏,形成中性亚硫酸乙烯酯。

在本发明一个实施方式中,在所述缩合反应中,所述二氯亚砜和乙二醇的摩尔比为(1~3):1。

在本发明一个实施方式中,在1~3小时内,将亚硫酸乙烯酯滴加到所述混合物中。

在本发明中,所述制备硫酸乙烯酯的方法避免了现有技术中采用的水体系非均相氧化反应方式。本发明直接在有机溶剂中进行反应,从源头解决了硫酸乙烯酯在水中出现分解这一的现实问题,显著的降低了产品中的水份残留和游离酸残留,从而提升了硫酸乙烯酯的反应产率,并提高了产品的纯度。

在本发明的非水反应体系中,硫酸乙烯酯产品结构稳定,无需严苛的限制氧化反应温度,避免了传统的低温反应方式,无需进行额外的低温冷冻手段,采用常温循环水方式适时降温即可满足要求,大大降低了反应能耗和设备投入。

更显著的是,与传统的技术手段相比,本发明的整个反应过程不涉及废水产生,对环境友好,属绿色环保型工艺,在对环境要求日趋严格的形势下更具优势。

通过下面的详细描述以及权利要求,其他特征和方面会变得清楚。

除非另作定义,权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。除非另外说明,否则所有的份数为重量份,所有的百分比为重量百分比。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步说明,但本发明不限于下述具体实施方式。

在本发明中,术语“有效氯”定义为本发明所述氧化剂中次氯酸根的氯。

在本发明中,所述制备硫酸乙烯酯的方法包括:(1)提供氧化剂和有机溶剂的混合物,其中,所述氧化剂包含次氯酸钙;和(2)将亚硫酸乙烯酯加入所述混合物中,形成硫酸乙烯酯。在具体实施方式中,所述氧化剂选自次氯酸钙或漂白粉。在本发明中,所述漂白粉通常是氢氧化钙、氯化钙和次氯酸钙的混合物,其主要成分是次氯酸钙[ca(clo)2],有效氯含量为30%-38%。所述漂白粉可以是市售产品,例如,购自长沙明瑞化工有限公司。在本发明中,为了配合本发明的非水反应体系,本发明所述氧化剂可以选择是干燥的、或者基本上不含水的。

在本发明中,所述有机溶剂选自酯类溶剂、醚类溶剂、醇类溶剂、腈类溶剂、酮类溶剂、卤代烷烃类溶剂和芳香烃类溶剂中的一种或多种的组合。

在具体的实施方式中,所述酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯和乙酸丙酯中的一种或多种的组合。

在具体的实施方式中,所述醚选自乙醚、1,4-二氧六环、四氢呋喃和乙二醇二甲醚中的一种或多种的组合。

在具体的实施方式中,所述醇选自甲醇、乙醇、丁醇、丙醇、丁醇和异丙醇中的一种或多种的组合。

在具体的实施方式中,所述腈选自乙腈、丙腈或它们的组合。

在具体的实施方式中,所述酮选自丙酮、甲乙酮、环己酮或它们任意的组合。

在具体的实施方式中,所述卤代烷烃选自二氯甲烷、二氯乙烷或它们任意的组合。

在具体的实施方式中,所述芳香烃选自苯、甲苯、二甲苯、氯苯或它们任意的组合。

在本发明中,所述氧化剂的加入量根据亚硫酸乙烯酯的加入量进行调整。通常,所述氧化剂的加入量相比亚硫酸乙烯酯的加入量略微过量,以使亚硫酸乙烯酯充分转化为硫酸乙烯酯。在具体的实施方式中,以有效氯计,所述氧化剂与亚硫酸乙烯酯的摩尔比为(1~1.3):1、(1~1.2):1、(1~1.1):1、(1~1.05):1、(1.05~1.3):1、(1.05~1.2):1、(1.05~1.1):1、(1.1~1.3):1、(1.1~1.2):1或(1.2~1.3):1。

为了加快反应的进行,本发明所述方法的步骤(1)可以进一步添加催化剂。为了配合本发明的非水反应体系,本发明所述催化剂可以选择是干燥的、或者基本上不含水的。在具体实施方式中,所述催化剂选自三氯化钌、氧化钌或它们的组合。

在本发明中,所述催化剂的加入量根据氧化剂的加入量进行调整。通常,以氧化剂的质量计,所述催化剂的加入量为0.01~0.2%、0.01~0.15%、0.01~0.1%、0.01~0.05%、0.05~0.2%、0.05~0.15%、0.05~0.1%、0.1~0.2%、0.1~0.15%或0.15~0.2%。

在具体的实施方式中,步骤(2)包括在搅拌条件下,在室温或者0-60℃、0-50℃、0-40℃、0-30℃、0-20℃、0-10℃、10-60℃、10-50℃、10-40℃、10-30℃、10-20℃、20-60℃、20-50℃、20-40℃、20-30℃、30-60℃、30-50℃、30-40℃、40-60℃、40-50℃或50-60℃的温度下,将亚硫酸乙烯酯加入(或滴加)到所述混合物中,并保温反应1~12小时、1~10小时、1~8小时、1~6小时、1~4小时、1~2小时、2~12小时、2~10小时、2~8小时、2~6小时、2~4小时、4~12小时、4~10小时、4~8小时、4~6小时、6~12小时、6~10小时、6~8小时、8~12小时、8~10小时或10~12小时,形成包含硫酸乙烯酯的反应液。

在形成包含硫酸乙烯酯的反应液之后,为了获得纯的硫酸乙烯酯,本发明所述方法还包括:过滤所述包含硫酸乙烯酯的反应液。所述过滤方法可以采用本领域普通技术人员熟知的方式进行,只要能尽可能减少硫酸乙烯酯的损耗,提高硫酸乙烯酯的收率即可。过滤所得的滤液进行浓缩并重结晶(例如,采用二氯甲烷),提供纯的硫酸乙烯酯。

在本发明中,所述亚硫酸乙烯酯可以是市售的或者自制的。本领域技术人员可以方便地获得所述亚硫酸乙烯酯。在本发明具体的实施方式中,所述亚硫酸乙烯酯可以通过乙二醇和二氯亚砜的缩合反应来制备。将乙二醇加入二氯亚砜中,并在50-80℃、50-70℃、50-60℃、60-80℃、60-70℃或70-80℃的温度下反应1-3小时、1-2.5小时、1-2小时、1-1.5小时、1.5-3小时、1.5-2.5小时、1.5-2小时、2-3小时、2-2.5小时或2.5-3小时,形成包含亚硫酸乙烯酯的反应液。

出于经济性考虑,所述乙二醇在1~3小时、1-2.5小时、1-2小时、1-1.5小时、1.5-3小时、1.5-2.5小时、1.5-2小时、2-3小时、2-2.5小时或2.5-3小时内滴加到二氯亚砜中。

为了获得较纯的亚硫酸乙烯酯,所述包含亚硫酸乙烯酯的反应液可以进行蒸馏,以提供中性亚硫酸乙烯酯。在本发明具体实施方式中,进行所述缩合反应的所述二氯亚砜和乙二醇的摩尔比为(1~3):1、(1~2.5):1、(1~2):1、(1~1.5):1、(1.5~3):1、(1.5~2.5):1、(1.5~2):1、(2~3):1、(2~2.5):1或(2.5~3):1。

出于经济性考虑,将亚硫酸乙烯酯在1~3小时、1-2.5小时、1-2小时、1-1.5小时、1.5-3小时、1.5-2.5小时、1.5-2小时、2-3小时、2-2.5小时或2.5-3小时内滴加到所述混合物中。

在本发明更加具体的实施方式中,本发明通过以下方式制备硫酸乙烯酯的方法:

以乙二醇和二氯亚砜为反应原料,在常温常压下向带有尾气吸收装置的盛有二氯亚砜的反应器内滴加乙二醇;滴加完毕后升温至50~80℃继续保温反应1~3小时,得到亚硫酸乙烯酯反应液;

将该反应液进行蒸馏,得到中性的亚硫酸乙烯酯,待用。

向氧化反应釜内加入非水有机溶剂、氧化剂漂白粉和催化剂。在搅拌下,于0~60℃下滴加亚硫酸乙烯酯;滴加完毕后,继续保温反应1~12小时后过滤,滤液经浓缩后得到硫酸乙烯酯粗品;

再经重结晶提纯得到高纯度硫酸乙烯酯产品。

在本发明中,所述缩合反应中二氯亚砜和乙二醇的摩尔比为(1~3):1,优选(1~2):1,更优选为(1.1~1.5):1。

所述氧化反应中,所述非水有机溶剂选自酯类、醚类、醇类、腈类、酮类、卤代烷烃、芳香烃中的一种或混合。其中,酯类溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸丙酯;醚类溶剂选自乙醚、1,4-二氧六环、四氢呋喃或乙二醇二甲醚;醇类溶剂选自甲醇、乙醇、丁醇、丙醇、丁醇或异丙醇;腈类溶剂选自乙腈或丙腈;酮类溶剂选自丙酮、甲乙酮或环己酮;卤代烷烃溶剂选自二氯甲烷或二氯乙烷;芳香烃类溶剂选自苯、甲苯、二甲苯或氯苯。

在本发明中,非水有机溶剂加入量为亚硫酸乙烯酯的质量的3~10倍。这可以根据硫酸乙烯酯在不同溶剂中溶解度进行适当调整,只要能充分溶解产物硫酸乙烯酯即可。

所述氧化反应中,氧化剂漂白粉(以有效氯计)与亚硫酸乙烯酯的摩尔比为(1~1.3):1。

所述氧化反应催化剂为三氯化钌或氧化钌。催化剂用量为漂白粉质量的0.01%~0.2%。

所述缩合反应中,乙二醇滴加时间为1~3小时。所述氧化反应中,亚硫酸乙烯酯滴加时间为1~3小时。

以下本发明将结合具体实施例做进一步的详细说明,使本发明的优点更为明显。应该理解,其中的内容只是用作说明,而绝非对本发明的保护范围构成限制。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件进行。

以乙二醇和二氯亚砜为原料。将357g(3mol)二氯亚砜加入至带搅拌装置和尾气吸收装置的反应瓶内。在常温常压下滴加乙二醇124g(2mol),滴加时间为3小时。滴加完毕后升温至80℃继续保温反应1小时,产生的氯化氢尾气采用水吸收成盐酸。

反应完毕后,将亚硫酸乙烯酯反应液进行减压蒸馏,得到中性亚硫酸乙烯酯202g。所得亚硫酸乙烯酯的气相色谱(gc)纯度为99.1%,收率为97.1%。

向氧化反应瓶内加入有效氯为30%的漂白粉288g、1400g二氯甲烷和催化剂三氯化钌0.57g,于10℃搅拌下开始滴加步骤1中的亚硫酸乙烯酯202g,滴加时间为3小时。滴加过程中缓慢升温至36℃。滴加完毕于该温度下继续保温反应10小时。降至室温过滤,滤液减压浓缩后得到固体硫酸乙烯酯粗品218g。

再将218g硫酸乙烯酯粗品通过二氯甲烷进行重结晶提纯处理,得到高纯度硫酸乙烯酯200g。gc纯度为99.89%。

以乙二醇和二氯亚砜为原料。将131g(1.1mol)二氯亚砜加入至带搅拌装置和尾气吸收装置的反应瓶内。在常温常压下,滴加乙二醇62g(1mol),滴加时间1小时。滴加完毕后升温至50℃继续保温反应3小时,产生的氯化氢尾气采用水吸收成盐酸。

反应完毕后,将亚硫酸乙烯酯反应液进行减压蒸馏,得到中性亚硫酸乙烯酯104g。所得亚硫酸乙烯酯的gc纯度为98.56%,收率为6.3%。

向氧化反应瓶内加入有效氯为30%的漂白粉114g、312g碳酸二甲酯和催化剂三氯化钌0.012g。于5℃搅拌下开始滴加步骤1制得的亚硫酸乙烯酯104g。滴加时间为1小时,滴加过程缓慢升温至35℃,滴加完毕后升温至55~60℃继续保温反应1小时。降至室温过滤,滤液减压浓缩后得到.固体硫酸乙烯酯粗品100g。

再将100g硫酸乙烯酯粗品通过二氯甲烷进行重结晶提纯处理,得到高纯度硫酸乙烯酯88g。gc纯度为99.92%。

以乙二醇和二氯亚砜为原料。将140g(1.18mol)二氯亚砜加入至带搅拌装置和尾气吸收装置的反应瓶内。在常温常压下,滴加乙二醇62g(1mol),滴加时间1.5小时。滴加完毕后升温至65℃继续保温反应2小时,产生的氯化氢尾气采用水吸收成盐酸。

反应完毕后,将亚硫酸乙烯酯反应液进行减压蒸馏,得到中性亚硫酸乙烯酯105g。所得亚硫酸乙烯酯的gc纯度为99.23%,收率为97.2%。

向氧化反应瓶内加入有效氯为32%的漂白粉120g、100g乙腈和300g异丙醇、催化剂氧化钌0.05g。于室温20℃搅拌下开始滴加步骤1所得亚硫酸乙烯酯105g。滴加时间为1小时,滴加过程缓慢升温至43℃,滴加完毕保温40~45℃反应5小时。降至室温过滤,滤液减压浓缩后得到固体硫酸乙烯酯粗品108g。

再将108g硫酸乙烯酯粗品通过二氯甲烷进行重结晶提纯处理,得到高纯度硫酸乙烯酯98g。gc纯度99.89%。

以乙二醇和二氯亚砜为原料。将178g(1.5mol)二氯亚砜加入至带搅拌装置和尾气吸收装置的反应瓶内。在常温常压下滴加乙二醇80g(1.3mol),滴加时间1小时。滴加完毕后升温至65℃继续保温反应2小时,产生的氯化氢尾气采用水吸收成盐酸。

反应完毕后,将亚硫酸乙烯酯反应液进行减压蒸馏,得到中性亚硫酸乙烯酯132g。所得亚硫酸乙烯酯的gc纯度为98.91%,收率为94.3%。

向氧化反应瓶内加入有效氯为28%的漂白粉180g、500g1,4-二氧六环和催化剂三氯化钌0.03g。于室温25℃搅拌下开始滴加上述亚硫酸乙烯酯132g。滴加时间为2小时,滴加过程中缓慢升温至36℃,滴加完毕保温30~36℃保温反应8小时。降至室温过滤,滤液减压浓缩后得到固体硫酸乙烯酯粗品136g。

再将136g硫酸乙烯酯粗品通过二氯甲烷进行重结晶提纯处理,得到高纯度硫酸乙烯酯121g。gc纯度99.88%。

以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明要求保护的范围,凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明要求保护范围内。

本发明涉及锂离子电池电解液添加剂制备的技术领域,具体涉及硫酸乙烯酯有机溶液的脱水。

锂离子电池的安全性能越来越受到重视,其有机溶剂和电解质直接影响着锂离子电池的工作性能,因此迫切需要研究锂离子电池电解液功能添加剂,来改善锂离子电池的安全性能。锂离子电池电解液功能添加剂的研究主要集中在以下六个方面:改善电极sei膜性能、提高电解液低温性能、提高电解液电导率、改善电解质热稳定性、改善电池安全性能和电解液的循环稳定性。

锂离子电池首次充放电过程中,锂电极和电解液界面发生反应产生一层固相电解质膜——sei膜,是一层钝化膜,其基本组成包括无机锂盐(碳酸锂、氧化锂、氟化锂)和有机锂盐(烷基碳酸锂)。向电解液中加入成膜添加剂有助于改善电池的循环性能。其中,硫酸酯有机成膜添加剂,由于其中心硫原子电负性更强,在石墨负极界面的还原性比相应的碳酸酯强,优先于在电极界面形成更加稳定的固体电解质相界面膜。当硫酸酯添加剂添加入锂离子电池电解液中后还能抑制电池初始容量的下降,增大初始放电容量,减少高温放置后电池的膨胀,提高电池的充放电性能及循环次数。

硫酸乙烯酯(dtd,cas:),就是硫酸酯类中典型的一种有机成膜添加剂。硫酸乙烯酯为白色晶体或结晶性粉末,在潮湿空气中易吸水水解并显示强酸性,对热不稳定。硫酸乙烯酯受合成方法路线和现场环境的限制,在后处理工艺过程中必须经过水洗,硫酸乙烯酯的合成方法可参照cna)。

然而电解液对添加剂的水分和酸值设定指标很低,因此快速脱除硫酸乙烯酯有机溶液中的水分而不引入其他杂质至关重要,否则长时间含水条件下硫酸乙烯酯会发生分解,导致脱除硫酸乙烯酯有机溶液酸值过高等。为此,迫切的需求解决快速脱水这一生产工艺,从而实现提高硫酸乙烯酯品质的目标。

目前,硫酸乙烯酯的生产工艺过程中使用的脱水方法,参见cna中公开的技术方案,其采用3a、4a、5a等球型分子筛、活性炭、硅胶等物理吸附法,但具有以下缺点:一、使用量大,更换频繁,消耗大,回收处理困难;二、脱水时间4~48小时,时间很长,易分解,产品浪费大。

本发明的目的是:提供一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,其脱水时间短,从而能有效防止硫酸乙烯酯分解。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,采用的脱水设备的结构包括:带搅拌的反应釜,反应釜顶部的进料口设置有高位槽,反应釜的顶部连接有排气管,排气管与碱吸收罐相连通,碱吸收罐连接有引风机,在引风机的作用下反应釜内的气体能进入至碱吸收罐中;脱水步骤包括:将需要脱水的硫酸乙烯酯有机溶液加入至反应釜内,检测其水分含量,根据硫酸乙烯酯有机溶液的水分含量计算出所需的氯化亚砜的加入量,所述的氯化亚砜从高位槽中加入,反应釜温度控制在-30℃~30℃,开启搅拌,使得硫酸乙烯酯有机溶液中的水分与氯化亚砜反应,反应产生的气体从排气管进入至碱吸收罐中,反应结束后硫酸乙烯酯有机溶液脱水完成。

进一步地,前述的一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,其中,优选地,反应釜温度控制在-10℃~10℃。

进一步地,前述的一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,其中,搅拌的时间为10~60分钟。

进一步地,前述的一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,其中,加入反应釜内脱水的硫酸乙烯酯有机溶液中的水分的质量分数为0.05%~5%。

进一步地,前述的一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,其中,所述的硫酸乙烯酯有机溶液的有机溶剂为烷烃、酯类进一步地,前述的一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,其中,有机溶剂中的一种或几种。

进一步地,前述的一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,其中,碱吸收罐中设有用于吸收酸性气体的氢氧化钠固体。

进一步地,前述的一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,其中,加入反应釜内脱水的硫酸乙烯酯有机溶液的质量百分比1%-8%。

本发明的优点是:一、成本低,操作简单,不引入其他杂质。二、脱水快速,有效防止硫酸乙烯酯分解,从而不仅能有效去除硫酸乙烯酯有机溶液中的水分,还能防止硫酸乙烯酯有机溶液的酸值过高,从而能为锂离子电池提供高品质的有机成膜添加剂。三、适于工业应用。

图1是本发明所述的硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的的脱水设备的结构示意图。

下面对硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法做详细说明。

如图1所示,一种硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法,采用的脱水设备的结构包括:带搅拌的反应釜1,反应釜1顶部的进料口设置有高位槽2,反应釜1的顶部连接有排气管3,排气管3与碱吸收罐4相连通,碱吸收罐4内设置有用于吸收酸性气体的氢氧化钠固体。碱吸收罐4连接有引风机5,在引风机5的作用下反应釜1内的气体能进入至碱吸收罐4中。

脱水步骤包括:将需要脱水的硫酸乙烯酯有机溶液加入至反应釜1内,所述的硫酸乙烯酯有机溶液的有机溶剂为烷烃、酯类有机溶剂中的一种或几种。通常,硫酸乙烯酯有机溶液的有机溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、碳酸二甲酯、乙酸乙酯中的一种或几种。加入反应釜内脱水的硫酸乙烯酯有机溶液的质量百分比1%-8%。

加入反应釜内脱水的硫酸乙烯酯有机溶液中的水分的质量分数为0.05%~5%。检测硫酸乙烯酯有机溶液中的分含量,根据硫酸乙烯酯有机溶液的水分含量计算出所需的氯化亚砜的加入量。氯化亚砜的加入量的计算方法为:硫酸乙烯酯有机溶液质量×含水量×118.97(氯化亚砜的摩尔质量)/18.02(水的摩尔质量)。所述的氯化亚砜从高位槽2中加入,反应釜1温度控制在-30℃~30℃,优选地反应釜1温度控制在-10℃~10℃。开启搅拌,搅拌的时间为10~60分钟,使得硫酸乙烯酯有机溶液中的水分与氯化亚砜反应,反应产生的气体从排气管进入至碱吸收罐4中,反应结束后硫酸乙烯酯有机溶液脱水完成。

为了对硫酸乙烯酯有机溶液快速脱水的方法做进一步详细说明,下面给出具体的实施例。

氮气保护下,称取反应制备的浓度为5%的硫酸乙烯酯二氯甲烷溶液25kg加入到50l反应釜1中,检测其水分为1103ppm,控制反应釜温度在-10-10℃,开启搅拌,通过高位槽2加入氯化亚砜181.7g,搅拌15min,使得硫酸乙烯酯二氯甲烷溶液中的水分与氯化亚砜充分反应生成二氧化硫和氯化氢气体,二氧化硫和氯化氢气体在引风机5的微负压作用下,不断由排气管3进入至碱吸收罐4中。反应结束后,取样检测水分为67.3ppm,脱水后即获得含水量符合要求的硫酸乙烯酯有机溶液。水分测试方法选择卡尔-费休水分测试法,仪器为瑞士万通水分测试仪。

氮气保护下,称取反应制备的浓度为5%的硫酸乙烯酯二氯甲烷溶液25kg加入到50l反应釜1中,检测其水分为1085ppm,控制反应釜温度在-10-10℃,开启搅拌,通过高位槽2加入氯化亚砜178.3g,搅拌30min,使得硫酸乙烯酯二氯甲烷溶液中的水分与氯化亚砜充分反应生成二氧化硫和氯化氢气体,二氧化硫和氯化氢气体在引风机5的微负压作用下,不断由排气管3进入至碱吸收罐4中。反应结束后,取样检测水分为43.0ppm,脱水后即获得含水量符合要求的硫酸乙烯酯有机溶液。水分测试方法选择卡尔-费休水分测试法,仪器为瑞士万通水分测试仪。

氮气保护下,称取反应制备的浓度为5%的硫酸乙烯酯二氯甲烷溶液25kg加入到50l反应釜1中,检测其水分为1085ppm,控制反应釜温度在-10-10℃,开启搅拌,通过高位槽2加入氯化亚砜178.3g,搅拌45min,使得硫酸乙烯酯二氯甲烷溶液中的水分与氯化亚砜充分反应生成二氧化硫和氯化氢气体,二氧化硫和氯化氢气体在引风机5的微负压作用下,不断由排气管3进入至碱吸收罐4中。反应结束后,取样检测水分为42.8ppm,脱水后即获得含水量符合要求的硫酸乙烯酯有机溶液。水分测试方法选择卡尔-费休水分测试法,仪器为瑞士万通水分测试仪。

氮气保护下,称取反应制备的浓度为5%的硫酸乙烯酯乙酸乙酯溶液25kg加入到50l反应釜1中,检测其水分为12316ppm,控制反应釜温度在-10-10℃,开启搅拌,通过高位槽2加入氯化亚砜2035g,搅拌30min,使得硫酸乙烯酯二氯甲烷溶液中的水分与氯化亚砜充分反应生成二氧化硫和氯化氢气体,二氧化硫和氯化氢气体在引风机5的微负压作用下,不断由排气管3进入至碱吸收罐4中。反应结束后,取样检测水分为58.1ppm,脱水后即获得含水量符合要求的硫酸乙烯酯有机溶液。水分测试方法选择卡尔-费休水分测试法,仪器为瑞士万通水分测试仪。

氮气保护下,称取反应制备的浓度为5%的硫酸乙烯酯碳酸二甲酯溶液25kg加入到50l反应釜1中,检测其水分为11535ppm,控制反应釜温度在-10℃-10℃,开启搅拌,通过高位槽2加入氯化亚砜1906g,搅拌60min,使得硫酸乙烯酯二氯甲烷溶液中的水分与氯化亚砜充分反应生成二氧化硫和氯化氢气体,二氧化硫和氯化氢气体在引风机5的微负压作用下,不断由排气管3进入至碱吸收罐4中。反应结束后,取样检测水分为55.5ppm,脱水后即获得含水量符合要求的硫酸乙烯酯有机溶液。水分测试方法选择卡尔-费休水分测试法,仪器为瑞士万通水分测试仪。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,本领域技术人员在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

本发明的优点是:一、成本低,操作简单,不引入其他杂质。二、脱水快速,有效防止硫酸乙烯酯分解,从而不仅能有效去除硫酸乙烯酯有机溶液中的水分,还能防止硫酸乙烯酯有机溶液的酸值过高,从而能为锂离子电池提供高品质的有机成膜添加剂。三、适于工业应用。

锂离子电池电解液成膜添加剂乙烯基亚硫酸乙烯酯的电化学行为

厦门大学化学化工学院固体表面物理化学国家重点实验室

厦门大学化学工程与生物工程系

研究了具有不饱和双键和亚硫酸酯双官能团的乙烯基亚硫酸乙烯酯

作为锂离子电池电解液成膜添加剂对

能够在电化学过程中先于

和溶剂化锂离子共嵌入石墨层

电极中展现出良好的电化学

电解液是锂离子电池的重要组成部分

极输送和传导电流密切相关

而且也在很大程度上影响

着电池的比能量、安全性能、倍率性能、循环寿命和生

、高介电常数、宽的电化学窗口、高化

学稳定性和光稳定性等优点

解液具有更好的低温性能和安全性能

为溶剂的电解液应用于含有石墨类电极材

和溶剂化的锂离子会共同嵌入到

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