[发明专利]高纯碳酸乙烯酯的结晶提纯工艺

说明书

本发明涉及一种高纯碳酸乙烯酯的结晶提纯工艺，主要解决现有技术分离提纯碳酸乙烯酯时，能耗高、产品纯度低、收率低等技术问题。本发明通过采用包括以下步骤：含碳酸乙烯酯的原料进入静态结晶器中进行一级静态结晶及发汗，获得高纯度碳酸乙烯酯晶体产品的同时，结晶母液及发汗汗液继续进入相同结构的静态结晶器中进行二级静态结晶及发汗的技术方案较好地解决了上述技术问题，可用于碳酸乙烯酯，特别是动力电池级碳酸乙烯酯的工业生产中。

技术领域

本发明涉及一种高纯碳酸乙烯酯的结晶提纯工艺，可用于碳酸乙烯酯，特别是动力电池级碳酸乙烯酯的工业生产中，并作为高能锂电池的电解液溶剂进一步用于锂电池的工业生产中。

背景技术

近年来，随着电动汽车市场的不断崛起，动力电池作为其中的核心零部件，其需求也在快速增加。目前，动力电池仍以铅酸电池技术、镍氢电池技术、燃料电池技术、锂电池技术为主，其中锂离子电池基于其体积小、重量轻、容量高、寿命长、安全可靠无污染等特点，是目前纯电动车用电池研发的主要方向。

锂离子电池是由电极材料(正、负极)、电解液和隔膜等部分组成,电解液作为电池中锂离子传输的媒介，连接电池的正负极，对于锂电池的各项性能，如循环性能、倍率性能、储存性能等起着至关重要的作用。

锂离子电池的电解液一般是由电解质、高纯溶剂和添加剂等在一定条件下按一定比例配制而成，溶剂是电解液的主体部分，目前市场上常用的有机溶剂有碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。由于各种溶剂的极性、粘性、介电常数等性能各有优劣，为获得具有高离子导电性的溶液，一般都采用PC+DEC，EC+DMC等混合溶剂生产电解液。

碳酸乙烯酯(EC、C₃H₄O₃、CAS号：96-49-1)，是一种性能优良的高沸点溶剂和有机合成中间体，广泛用于纺织印染、高分子合成、电化学、医药等领域，其中精制EC更是作为生产高能锂离子电池电解液的原料之一，具有很高的附加值，因此，随着前述动力锂电池市场的快速发展，动力电池级的精制EC显然具有广阔的开发前景。

传统的EC生产方法为光气法，即采用乙二醇与光气直接反应生成，但其存在工艺流程长、收率低、成本高、光气毒性大、污染严重等缺点,目前已基本淘汰；而以碳酸二乙酯和乙二醇为原料的酯交换法，尽管步骤简单，但原料价格昂贵，采用的锡类催化剂毒性较大，无实际工业应用价值；目前普遍采用以二氧化碳(CO2)和环氧乙烷(EO)为原料直接酯化制备EC的新方法，不仅提高了经济效益，在世界各国对能源及环保不断重视的当下，还提供了一条化学利用CO2资源、发展碳一化工的新途径，收到了明显的社会效益，是一种高效、绿色、环保的合成方法。

由于锂离子电池的性能在很大程度上取决于电池组成材料的性能和制备工艺，如电解液溶剂中存在的少量水、醇、酸会导致锂离子电池比容量、电导率、循环效率等的降低，甚至加速电解液的变质，因此，在动力锂离子电池的生产过程中，对其中电解质溶剂的纯度有严格的要求，通常要求EC纯度达到99.99％。

在EO与CO₂的反应产物中，除含有目标产物EC外，还含有少量乙二醇、二乙二醇、水，以及未反应完的EO，甚至可能还含有催化剂的残留等等。目前，工业装置中电池级EC的提纯方法主要是精馏提纯，即对经过粗蒸得到的纯度90％以上的EC进行进一步的精馏，如CN 106588862所述，然而，在精馏提纯过程中，一方面，若精馏过程温度较高、时间较长，容易导致EC的聚合及分解，甚至在原料中有催化剂残留时造成EC更多的分解，因此，为了保证产品纯度，需要降低精馏过程的温度，此时需要非常高的真空度(系统压力约5KPa、绝压)，对设备及操作均有较高的要求，设备及操作成本也较高；另一方面，由于电池级EC的纯度要求很高，此时需要精馏过程的回流比很大，能耗非常高。因此，尽管精馏提纯是目前电池级EC生产的主要方法，但并不是最经济理想的生产方法，亟待改进。