锂电池主要成分--碳酸甲酯调研

1、锂电池主要成分-碳酸二甲酯调研报告锂电池电解液主要成分：1. 碳酸乙烯酯：分子式: C3H4O32. 碳酸丙烯酯 分子式：C4H6O33. 碳酸二乙酯 分子式：C5H10O34. .碳酸二甲酯：C3H6O35. .碳酸甲乙酯6. 六氟磷酸锂7. 五氟化磷8. .氢氟酸碳酸二甲酯介绍碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)，是一种无毒、环保性能优异、用途广泛的化工原料，它是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有多种反应性能，在生产中具有使用安全、方便、污染少、容易运输等特点。由于碳酸二甲酯毒性较小，是一种具有发展前景的“绿色”化工产品碳酸二甲酯

2、（Dimethyl Cabonate）简称DMC，常温时是一种无色透明、略有气味、微甜的液体，熔点4 ，沸点90.1 ，密度1.069 g/cm3,难溶于水，但可以与醇、醚、酮等几乎所有的有机溶剂混溶。DMC在常压下和甲醇共沸，共沸温度63.8。DMC毒性很低，在1992年就被欧洲列为无毒产品，是一种符合现代"清洁工艺"要求的环保型化工原料，因此DMC的合成技术受到了国内外化工界的广泛重视，我国化工部在"八五"和"九五"期间将其列为重点项目。DMC的分子结构独特（CH3O-CO-OCH3），性能优异，因此具有非常广泛的用途，主要用作羰

3、基化和甲基化试剂、汽油添加剂、合成聚碳酸酯（PC）的原料等。DMC的大规模生产就是伴随着聚碳酸酯的非光气合成工艺而发展起来的。DMC传统的生产路线为光气法，但是由于光气的高毒性和腐蚀性以及氯化钠排放的环保问题而使得这一路线正逐渐被淘汰，普遍采用的合成路线有三种：以氯化铜或一氧化氮为催化剂的氧化羰基化反应、碳酸丙烯酯与甲醇的酯交换反应、尿素甲醇解反应。现有DMC的生产厂家主要分布在西欧、美国和日本，大型生产厂家有法国的SNPE、德国的BASF、意大利的EniChem和日本的Ube，1999年DMC总的生产能力仅为30 kt/a。近两年我国在DMC的生产上取得长足进展，至2002年我国DMC的年生

4、产能力超过了10 kt/a。DMC工业的发展使DMC的市场价格相对合理和稳定，2002年国产99.5%DMC产品价格在8 4009 800元/t之间。以氯化铜为催化剂的氧化羰基化反应工艺、生产能力为150 kt/a的DMC产品为例进行技术经济分析，DMC的产品价格为425.1美元/t，加10%的投资回报率后DMC的产品价格为532.5美元/t。世界范围内均在致力于DMC的非光气法合成路线的研究，如酯交换法、甲醇与CO2直接合成法、甲醇氧化羰基化法和尿素醇解法等路线。碳酸二甲酯的应用1、羰基化试剂目前，羰基化试剂一般都采用光气。光气(COCL2)的反应活性较高，但有剧毒，参加反应时易生成腐蚀反应

5、设备的副产物，同时严重污染环境。因此，随着化学工业的发展，光气将逐渐被淘汰。DMC具有和光气类似的亲核反应能力，当其羰基受到亲核基团攻击时，酰基-氧键即发生断裂，形成羰基化合物。因此DMC可以代替光气作高分子合成材料等的中间体，如氨基甲酸酯、聚碳酸酯、异氰酸酯等。2、甲基化试剂1常用的甲基化试剂硫酸二甲酯(DMS)和CH3Cl不仅具有毒性和腐蚀性，且碱用量大，又存在产物分离难题。用DMC作甲基化试剂可避免生产过程中的操作危险、设备腐蚀及环境污染等问题。如用DMC代替DMS与苯酚反应生产农药、医药中间体的苯甲醚，产品收率高，副产物为甲醇和CO2。3、汽油添加剂目前已应用的汽油添加剂主要是甲基叔丁

6、基醚(MTBE)。DMC可以提高汽油的辛烷值和氧含量，使汽油达到同等氧含量时使用的DMC的量比MTBE少45倍，从而降低了汽车尾气中碳氢化合物、一氧化碳和甲醛的排放总量；使用DMC还克服了MTBE易溶于水、污染地下水源等缺点。此外，生产DMC工艺过程中DMC和CH，OH是共沸物，不需要进行分离，可直接掺入汽油中使用，这样既简化了DMC的生产工艺过程又降低生产成本。因此DMC将成为替代MTBE的最有潜力的汽油添加剂之一。4、电解液碳材料阳极电池的电解液所用溶剂一般含5090DMC。将添加DMC的电解液用于锂离子电池中，电池具有高电流密度和良好的抗氧化还原性能，而且导电性能高、电池寿命长。5、溶剂

7、DMC是性能优良的溶剂，其熔、沸点范围窄，表面张力大，粘度低，介电常数小，蒸发温度高，蒸发速度快。因此，它作为集清洁性和安全性于一体的绿色溶剂，可用作特种干油漆的溶剂及医药品的溶媒介质。此外，DMC还可用于柴油添加剂，合成高级润滑油的基本材料长链烷基碳酸酯，生产香料、清洗剂、农药等新型化学产品。近年来，碳酸二甲酯的下游产业链不断发展扩大，尤其被广泛用在聚碳酸酯、汽油添加剂、电池电解液等领域。碳酸二甲酯作为原料，朝着精细化工方向发展，研发出更多具有高附加值产品，出现在医药、染料、农药、新材料加工、润滑剂、食品添加剂等与人们生活相关的的各个行业，利用其物理性质，碳酸二甲酯正逐步被使用作溶剂、溶媒及

8、汽柴油添加剂中。碳酸二甲酯主要应用领域见图 1-1。国内碳酸二甲酯产能、产量及需求预测见图 1-2。单位 万吨目前，国内 DMC 的生产企业主要集中在山东、唐山、东北、铜陵等地，全国总产能大约在 240000 吨/年， DMC 最大的消费市场在涂料行业，目前已超过 50。据调查，溶剂型涂料有汽车漆、防腐涂料、卷材涂料、木器涂料，我国溶剂型涂料 2009 年消耗量400万吨近几年国内碳酸二甲酯市场走势见图 1-3DMC合成工艺21、 甲醇与CO2直接合成法2、 甲醇氧化羰基化法3、 酯交换法。目前我国国内均采用该方法生产DMC使用这些方法获得的原始产品经常DMC和甲醇的共沸混合物，在正常压力DM

9、C和甲醇质量比约为30:70 碳酸二甲酯在医学、食品、合成材料以及电化学等领域有很好的应用，在DMC的合成工艺中比较理想的方法是甲醇氧化羰基化法，但是在DMC的生产过程中为了提高产率，通常会加入过量的甲醇，并且产物DMC与原料甲醇在一定压力下容易形成共沸物,因此甲醇/碳酸二甲酯混合物的分离是不可缺少的过程 3。DMC/MeOH分离目前 ，对 DMC 的开发研究正日益受到人们的重视。DMC的制备过程中 ，通过一般精馏得到的产物是甲醇(MeOH)和 DMC形成的二元共沸物，必须经过特殊分离才能获得纯品DMC。目前已报道的传统的DMC/MeOH 共沸物的分离方法有低温结晶法、吸附法、共沸精馏法、萃取

10、精馏法及加压精馏法等，但是这些方法耗能高、成本高、操作复杂。而渗透汽化过程能耗低，最重要的是能够打破DMC与MeOH的共沸平衡将两种物质分开。截止到目前为止，已有有机膜、无机膜以及有机无机杂化膜等4,5用于DMC/MeOH混合物的渗透汽化分离。王璐莹等人制备了聚丙烯酸/聚乙烯醇（PAA/PVA）复合膜用于DMC/MeOH混合物的渗透汽化分离，结果表明，当涂膜液中PAA含量为 70%，料液温度为 60时，复合膜的选择因子为13。当料液中MeOH浓度为40-70 wt% 料液温度在50-70范围内，交联PVA膜渗透侧MeOH浓度一直高于 98.6%。碳酸二甲酯脱水的应用6碳酸二甲酯（DMC）是因粘

11、度低、闪点高，而常用作锂离子电池电解液的复合溶剂。水份含量是电解液中有机溶剂的一个重要的质量指标，通常要求电池级DMC 水分含量小于10 mg/kg，据Aurbach等的报道，当水的质量分数超过0.1%时，锂离子电池将被完全破坏。虽然目前电池级DMC尚无国家标准，但从厂家提供的产品质量指标来看，通常水分含量低于20 mg/kg。从水质量分数约0.1%的碳酸二甲酯产品中进一步脱水达到电池级DMC的要求，精馏法显然是不经济的。目前，工业上采用吸附法较多，如分子筛吸附脱水，必须首先将分子筛锂化。一般来讲，吸附法投资较低，但通常为间歇式操作，设备庞大，操作复杂，水含量随时间变化。同时，吸附剂的再生、更

12、换以及过程中产生的废气、废液等的处置大大降低了过程的经济性。与蒸馏、吸附等传统分离技术相比，渗透汽化膜分离技术分离效率高、能耗低、过程简单、操作方便。理论计算了渗透汽化分离过程在不同操作条件及膜分离系数下碳酸二甲酯中水能达到的理论极限的最低含量。并采用壳聚糖中空纤维膜进行了脱除DMC 中微量水的实验研究. 由于DMC/微量水体系是负偏差的非理想体系，w<1，不利于渗透汽化脱除DMC中的微量水。结果认为要使料液DMC水含量达到锂离子电池的理想水含量20 mg/kg 以下，越高的膜，渗透侧压力应该越低。在60且渗透侧压力50 Pa的实验操作条件下，壳聚糖中空纤维膜不能将DMC中的水含量脱除到

13、20 mg/kg 以下。交联的PVA -PAA膜在纯水中的溶解率小，改善了膜在长期运行中的稳定性。随着PAA 含量、混合交联剂戊二醛和乙二醇的浓度以及热处理条件的变化，水渗透通量J H2O和渗透液的含水量CP-H2O呈规律性变化.在优化条件下制备的PVA -PAA 共混/CA复合膜，PV分离DMC/水二元混合物的J H2O为100 g/(m2·h)，CP-H2O接近100 %，分离DMC/甲醇/水三元混合物时，可同时脱除甲醇和水，当操作温度升高，J H2O 和J CH3OH分别增加，CP -DMC始终小于3.6 %.7参考文献【1】 耿 凯, 蔡旺锋, 王永平,酯交换法合成碳酸二甲酯

14、制备工艺的研究【2】 王 峰，赵 宁，李荣存，武 峰，魏 伟，孙予罕.碳酸二甲酯合成工艺模拟的研究进展, 石油化工J,2012,41(2):224-229.【3】 牛海燕，郭亚军. 面向碳酸二甲酯/甲醇混合物分离的渗透汽化膜及其过程研究.【4】 L.Y. Wang, J.D. Li, Y.Z. Lin, C.X. Chen. Separation of dimethyl carbonate/methanolmixtures by pervaporation with poly(acrylic acid) /poly(vinyl alcohol) blend membranes.Journal of Membrane Science J. 2007, 305:238-246.【5】 J.H. Chen, Q.L. Liu, A.M. Zhu, Q.G. Zhang, J. Fan