CN109485633A - 一种硫酸乙烯酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硫酸乙烯酯的制备方法。其技术方案是包括以下步骤:首先,以氯化亚砜和乙二醇作为反应原料进行取代反应;第二步,将上述反应产物加入催化剂及缓冲剂后,使用次氯酸钠进行氧化;第三步,将上一步骤反应物离心、重结晶、过滤后进行精制,干燥得到成品。有益效果是:本发明具有反应原料易得、制备成本低、摩尔收率高、所得产品纯度高、水分含量低的特点,本发明中采用的催化剂可以使反应快速高效的进行,减少氧化时间,降低硫酸乙烯酯的水解,另外本发明采用磷酸二氢氨和硼砂的混合水溶液作为氧化所需的缓冲剂,可有效控制氧化PH值在6~7之间,促使氧化平稳进行;本发明采用硫酸镁做除水剂,成品水分控制在50ppm以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池电解液添加剂的制备,特别涉及一种硫酸乙烯酯的制备方法。
背景技术
近年来,锂离子电池领域发展迅速,锂离子电池使用范围在不断扩大,技术也在不断进步,在锂离子电池电解液中添加一些添加剂,可以提高电池的多种性能。
其中硫酸乙烯酯是一种SEI成膜添加剂,可以在充电初始阶段形成的SEI膜,用于防止在充放电过程中锂离子与碳负极或其他物质发生反应。另外,SEI膜起到离子通道的作用而只允许锂离子通过。离子通道可防止电解质溶液中由于具有高分子量的有机溶剂与碳负极一起形成共插层而导致碳负极结构的破坏。另外硫酸乙烯酯添加入锂离子电池电解液中后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。因此硫酸乙烯酯是一种能使锂离子电池电解液使用效果更加优良的添加剂。
目前存在的问题是:长期以来,许多生产企业不断对硫酸乙烯酯的生产工艺进行研究,企图在此领域能有所突破,但是由于产品原料不易得,制备成本高,并且不能解决纯度和收率的问题,一直不能工业化生产。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷,提供一种硫酸乙烯酯的制备方法。
本发明提到的一种硫酸乙烯酯的制备方法,其技术方案是包括以下步骤:
首先,以氯化亚砜和乙二醇作为反应原料进行取代反应;第二步,将上述反应产物加入催化剂及缓冲剂后,使用次氯酸钠进行氧化;第三步,将上一步骤反应物离心、重结晶、过滤后进行精制,干燥得到成品。
优选的,本发明提到的详细制备方法,包括以下步骤:
(1)将乙二醇加入至反应釜中,再向其中慢慢滴加氯化亚砜,控制反应温度在25~30℃;
(2)滴加完成后,将温度升至40℃,保温1小时,继续将温度提高至50℃,继续保温2小时;
(3)保温结束后,冷却至室温,将所得溶液加入去离子水进行洗涤,并加入碳酸钠溶液进行调节PH值至中性,静置一段时间,待分层后,分离出亚硫酸乙烯酯溶液;
(4)将上述所得亚硫酸乙烯酯放入氧化釜中,并加入冰块控制初始温度在0~5℃;
(5)向氧化釜中加入缓冲剂,调节PH值,缓冲剂选用磷酸二氢钠和硼砂的混合水溶液;
(6)向氧化釜中加入催化剂,加快氧化速度;选用三氯化铑做催化剂;
(7)向氧化釜中滴加次氯酸钠,控制滴加速度,及时加入冰块,控制温度在0~5℃,观察颜色变化,当颜色变为乳白色时即反应完成,停止滴加次氯酸钠,氧化时间控制在30分钟内;
(8)将上述氧化完成的混合液进行离心,所得固体即为硫酸乙烯酯粗品;
(9)将所得硫酸乙烯酯粗品溶解于二氯乙烷溶液,所加二氯乙烷与硫酸乙烯酯的质量比为5~7:1;
(10)待搅拌、溶解后,向溶液中加入冰水进行洗涤,静置分层后将上层水相抽出,重复水洗三次;
(11)所得二氯乙烷-硫酸乙烯酯溶液使用脱水剂进行脱水,选用无水硫酸镁作为脱水剂;
(12)所得滤液转入至萃取结晶罐,并向其中加入等质量的正己烷萃取剂;
(13)所得混合溶液进行分离,所得固体进行减压干燥,真空度:-0.08~-0.09MPa;温度控制:50~60℃;干燥时间:2小时,所得白色固体即为硫酸乙烯酯产品。
优选的,用于对二氯乙烷溶液进行水洗的重量为二氯乙烷重量的20%。
优选的,取代反应中,氯化亚砜和乙二醇的摩尔比为(1.1~2):1。
优选的,上述次氯酸钠有效氯在12%以上。
优选的,上述磷酸二氢钾的质量浓度为10%。
优选的,上述催化剂与亚硫酸乙烯酯的质量比浓度为0.1%。
优选的,上述用磷酸二氢钠和硼砂的比例为2:1。
本发明的有益效果是:本发明所述的硫酸乙烯酯的制备方法具有反应原料易得、制备 成本低、摩尔收率高、所得产品纯度高、水分含量低的特点,本发明中采用的催化剂可以使反应快速高效的进行,减少氧化时间,降低硫酸乙烯酯的水解,另外本发明采用磷酸二氢氨和硼砂的混合水溶液作为氧化所需的缓冲剂,可有效控制氧化PH值在6~7之间,促使氧化平稳进行;本发明采用无水硫酸镁做除水剂,可是成品水分控制在50ppm以下;本发明在提纯时选用正己烷做萃取剂,可简单快速的将硫酸乙烯酯从二氯乙烷中萃取出,通过离心即可得到高纯度硫酸乙烯酯产品。
附图说明
图1为本发明的制备过程示意图;
图2为实施例1的硫酸乙烯酯结果分析示意图;
图3为实施例2的硫酸乙烯酯结果分析示意图;
图4为实施例3的硫酸乙烯酯结果分析示意图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提到的硫酸乙烯酯的制备方法,其详细制备方法,包括以下步骤:
(1)将乙二醇加入至反应釜中,再向其中慢慢滴加氯化亚砜,控制反应温度在25~30℃;
(2)滴加完成后,将温度升至40℃,保温1小时,继续将温度提高至50℃,继续保温2小时;
(3)保温结束后,冷却至室温,将所得溶液加入去离子水进行洗涤,并加入碳酸钠溶液进行调节PH值至中性,静置一段时间,待分层后,分离出亚硫酸乙烯酯溶液;
(4)将上述所得亚硫酸乙烯酯放入氧化釜中,并加入冰块控制初始温度在0~5℃;
(5)向氧化釜中加入缓冲剂,调节PH值,缓冲剂选用磷酸二氢钠和硼砂的混合水溶液;
(6)向氧化釜中加入催化剂,加快氧化速度;选用三氯化铑做催化剂;
(7)向氧化釜中滴加次氯酸钠,控制滴加速度,及时加入冰块,控制温度在0~5℃,观察颜色变化,当颜色变为乳白色时即反应完成,停止滴加次氯酸钠,氧化时间控制在30分钟内;
(8)将上述氧化完成的混合液进行离心,所得固体即为硫酸乙烯酯粗品;
(9)将所得硫酸乙烯酯粗品溶解于二氯乙烷溶液,所加二氯乙烷与硫酸乙烯酯的质量比为5~7:1;
(10)待搅拌、溶解后,向溶液中加入冰水进行洗涤,静置分层后将上层水相抽出,重复水洗三次;
(11)所得二氯乙烷-硫酸乙烯酯溶液使用脱水剂进行脱水,选用无水硫酸镁作为脱水剂;
(12)所得滤液转入至萃取结晶罐,并向其中加入等质量的正己烷萃取剂;
(13)所得混合溶液进行分离,所得固体进行减压干燥,真空度:-0.08~-0.09MPa;温度控制:50~60℃;干燥时间:2小时,所得白色固体即为硫酸乙烯酯产品。
优选的,用于对二氯乙烷溶液进行水洗的重量为二氯乙烷重量的20%;优选的,取代反应中,氯化亚砜和乙二醇的摩尔比为(1.1~2):1;优选的,上述次氯酸钠有效氯在12%以上;优选的,上述磷酸二氢钾的质量浓度为10%;优选的,上述催化剂与亚硫酸乙烯酯的质量比浓度为0.1%;优选的,上述用磷酸二氢钠和硼砂的比例为2:1。
实施例1:本发明提到的硫酸乙烯酯的制备方法,包括取代反应、氧化反应和精制过程,具体步骤如下 :
(1)取代反应:以氯化亚砜和乙二醇作为反应原料进行取代反应,首先将乙二醇1325g(10mol)加入至反应釜中,然后常温条件下向第一反应釜中滴加氯化亚砜3012g (12mol),滴加时间为1h,滴加温度控制在28℃。滴加完毕后于 40℃条件下保温 1h,继续将温度提高至50℃,继续保温2小时。从而得到含亚硫酸乙烯酯的反应液,用去离子水将对反应液进行洗涤,然后将反应液静置、分层分离出亚硫酸乙烯酯2413g(纯度为98.92%),然后将分离出的亚硫酸乙烯酯加入到氧化釜中备用;
(2)氧化反应:首先向氧化釜内加入亚硫酸乙烯酯2413g,然后再加入1kg冰块,缓冲剂溶液2kg,催化剂1.8g,搅拌均匀。再向其中滴加次氯酸钠,通过加冰控制反应温度在0~5℃。观察颜色变化,当溶液变为乳白色时停止滴加,反应结束,控制整个反应时间在30min以内。将混合液过滤,可得硫酸乙烯酯粗品3253g,纯度约为90.88%;
(3)精制 :将所得硫酸乙烯酯粗产品溶解于6倍重量的二氯乙烷溶剂中,然后经过洗涤、脱水、萃取、干燥处理。控制干燥条件,真空度:-0.08~-0.09MPa;温度控制: 60℃;干燥时间:2小时。从而得到高纯度的硫酸乙烯酯2145g(纯度为99.8207%,水分含量为35 ppm),摩尔收率为82.48%。
实施例2:一种硫酸乙烯酯制备方法为:包括取代反应、氧化反应和精制过程,具体步骤如下 :
(1)取代反应:以氯化亚砜和乙二醇作为反应原料进行取代反应,首先将乙二醇1300g(10mol)加入至反应釜中,然后常温条件下向第一反应釜中滴加氯化亚砜3300g (13mol),滴加时间为1.5h,滴加温度控制在30℃。滴加完毕后于 37℃条件下保温 1h,继续将温度提高至50℃,继续保温2小时。从而得到含亚硫酸乙烯酯的反应液,用去离子水将对反应液进行洗涤,然后将反应液静置、分层分离出亚硫酸乙烯酯2614g(纯度为98.17%),然后将分离出的亚硫酸乙烯酯加入到氧化釜中备用;
(2)氧化反应:首先向氧化釜内加入亚硫酸乙烯酯2614g,然后再加入2kg冰块,缓冲剂溶液2.2kg,催化剂2g,搅拌均匀。再向其中滴加次氯酸钠,通过加冰控制反应温度在0~5℃。观察颜色变化,当溶液变为乳白色时停止滴加,反应结束,控制整个反应时间在40min以内。将混合液过滤,可得硫酸乙烯酯粗品3211g,纯度约为90.01%;
(3)精制 :将所得硫酸乙烯酯粗产品溶解于6倍重量的二氯乙烷溶剂中,然后经过洗涤、脱水、萃取、干燥处理。控制干燥条件,真空度:-0.08~-0.09MPa;温度控制: 60℃;干燥时间:2小时。从而得到高纯度的硫酸乙烯酯2112g(纯度为99.8488%,水分含量为32 ppm),摩尔收率为79.48%。
实施例3:一种硫酸乙烯酯制备方法为:包括取代反应、氧化反应和精制过程,具体步骤如下 :
(1)取代反应:以氯化亚砜和乙二醇作为反应原料进行取代反应,首先将乙二醇1312g(10mol)加入至反应釜中,然后常温条件下向第一反应釜中滴加氯化亚砜3800g (16mol),滴加时间为2h,滴加温度控制在32℃。滴加完毕后于 43℃条件下保温 1h,继续将温度提高至50℃,继续保温2小时。从而得到含亚硫酸乙烯酯的反应液,用去离子水将对反应液进行洗涤,然后将反应液静置、分层分离出亚硫酸乙烯酯2834g(纯度为98.57%),然后将分离出的亚硫酸乙烯酯加入到氧化釜中备用;
(2)氧化反应:首先向氧化釜内加入亚硫酸乙烯酯2834g,然后再加入2kg冰块,缓冲剂溶液3kg,催化剂2.5g,搅拌均匀。再向其中滴加次氯酸钠,通过加冰控制反应温度在0~5℃。观察颜色变化,当溶液变为乳白色时停止滴加,反应结束,控制整个反应时间在30min以内。将混合液过滤,可得硫酸乙烯酯粗品3322g,纯度约为91.21%;
(3)精制 :将所得硫酸乙烯酯粗产品溶解于7倍重量的二氯乙烷溶剂中,然后经过洗涤、脱水、萃取、干燥处理。控制干燥条件,真空度:-0.08~-0.09MPa;温度控制: 60℃;干燥时间:2小时。从而得到高纯度的硫酸乙烯酯1917g(纯度为99.7916%,水分含量为40 ppm),摩尔收率为73.48%。
以上所述,仅是本发明的部分较佳实施例,任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此,依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换,尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种硫酸乙烯酯的制备方法,其特征是:包括以下步骤:
首先,以氯化亚砜和乙二醇作为反应原料进行取代反应;第二步,将上述反应产物加入催化剂及缓冲剂后,使用次氯酸钠进行氧化;第三步,将上一步骤反应物离心、重结晶、过滤后进行精制,干燥得到成品。
2.根据权利要求1所述的硫酸乙烯酯的制备方法,其特征是包括以下步骤:
(1)将乙二醇加入至反应釜中,再向其中慢慢滴加氯化亚砜,控制反应温度在25~30℃;
(2)滴加完成后,将温度升至40℃,保温1小时,继续将温度提高至50℃,继续保温2小时;
(3)保温结束后,冷却至室温,将所得溶液加入去离子水进行洗涤,并加入碳酸钠溶液进行调节PH值至中性,静置一段时间,待分层后,分离出亚硫酸乙烯酯溶液;
(4)将上述所得亚硫酸乙烯酯放入氧化釜中,并加入冰块控制初始温度在0~5℃;
(5)向氧化釜中加入缓冲剂,调节PH值,缓冲剂选用磷酸二氢钠和硼砂的混合水溶液;
(6)向氧化釜中加入催化剂,加快氧化速度;选用三氯化铑做催化剂;
(7)向氧化釜中滴加次氯酸钠,控制滴加速度,及时加入冰块,控制温度在0~5℃,观察颜色变化,当颜色变为乳白色时即反应完成,停止滴加次氯酸钠,氧化时间控制在30分钟内;
(8)将上述氧化完成的混合液进行离心,所得固体即为硫酸乙烯酯粗品;
(9)将所得硫酸乙烯酯粗品溶解于二氯乙烷溶液,所加二氯乙烷与硫酸乙烯酯的质量比为5~7:1;
(10)待搅拌、溶解后,向溶液中加入冰水进行洗涤,静置分层后将上层水相抽出,重复水洗三次;
(11)所得二氯乙烷-硫酸乙烯酯溶液使用脱水剂进行脱水,选用无水硫酸镁作为脱水剂;
(12)所得滤液转入至萃取结晶罐,并向其中加入等质量的正己烷萃取剂;
(13)所得混合溶液进行分离,所得固体进行减压干燥,真空度:-0.08~-0.09MPa;温度控制:50~60℃;干燥时间:2小时,所得白色固体即为硫酸乙烯酯产品。
3.根据权利要求2所述的硫酸乙烯酯的制备方法,其特征是:用于对二氯乙烷溶液进行水洗的重量为二氯乙烷重量的20%。
4.根据权利要求2所述的硫酸乙烯酯的制备方法,其特征是:取代反应中,氯化亚砜和乙二醇的摩尔比为(1.1~2):1。
5.根据权利要求2所述的硫酸乙烯酯的制备方法,其特征是:所述次氯酸钠有效氯在12%以上。
6.根据权利要求2所述的硫酸乙烯酯的制备方法,其特征是:所述磷酸二氢钾的质量浓度为10%。
7.根据权利要求2所述的硫酸乙烯酯的制备方法,其特征是:所述催化剂与亚硫酸乙烯酯的质量比浓度为0.1%。
8.根据权利要求2所述的硫酸乙烯酯的制备方法,其特征是:所述用磷酸二氢钠和硼砂的比例为2:1。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190319 |
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