《面向鋰電池產業的超高純度碳酸亞乙烯酯制備關鍵技術研發與應用》公示材料

《面向鋰電池產業的超高純度碳酸亞乙烯酯制備關鍵技術研發與應用》公示材料

一、項目名稱：面向鋰電池產業的超高純度碳酸亞乙烯酯制備關鍵技術研發與應用

二、獎項類別：應用類

三、完成人：管國鋒，萬輝，王振一，王小龍，丁靖，馮能杰

四、完成單位：南京工業大學, 蘇州華一新能源科技有限公司

五、項目簡介: 

隨著全球氣候惡化及化石能源的逐漸短缺，新能源成為研究熱點。鋰離子電池是新能源的一種，具有自放電率低、循環性能好等優良特性。在鋰離子電池中，電解液居于中心位置，直接影響電池的比容量、工作溫度范圍、循環效率及安全性能等。我國是全球第一大鋰電池電解液生產國，約占全球產能的67%。碳酸亞乙烯酯是理想的電解液成膜添加劑，能夠抑制溶劑分子在碳負極表面發生還原和分解反應，需求量約為1.5萬噸/年。隨著碳酸亞乙烯酯純度的增加，會使得SEI膜致密性增加，能夠有效阻止電解液分解，從而大幅提高鋰離子電池的能量儲存密度和充放電效率。

目前碳酸亞乙烯酯生產主要采用的是氯代碳酸乙烯酯脫氯反應和多步精餾分離組合工藝，存在的主要問題有：(1)脫氯反應過程中碳酸亞乙烯酯收率只有59%，產品收率低，生產成本高。(2) 采用普通精餾工藝進行碳酸亞乙烯酯的提純，產品純度僅能達到99.95%，微量雜質的存在會降低SEI膜的致密性，影響電池能量儲存密度和充放電效率。(3) 超高純度碳酸亞乙烯酯貯存時與空氣接觸，易發生自聚反應，僅能穩定貯存1個月。

該項目以超高純碳酸亞乙烯酯為研究對象，深入進行了脫氯反應機理、反應動力學、反應器和分離設備的優化等方面研究，在江蘇省科技成果轉化項目資助下，開發了超高純度碳酸亞乙烯酯工業化技術與裝備，實現了鋰離子電池用純度為99.999%的超高純碳酸亞乙烯酯的產業化制備。主要技術創新包括：(1) 針對氯代碳酸乙烯酯脫氯工藝存在的反應收率低問題，通過脫氯反應機理和反應動力學等研究，優化設計了脫氯反應器和反應工藝，實現了碳酸亞乙烯酯收率的提升，比現有工藝技術提高了60%； (2) 針對多步精餾分離工藝存在的產品純度低問題，通過研究不同工藝與分離性能的構效關系，構建了多過程能/質耦合的高效精餾-熔融結晶-吸附分離集成強化工藝，碳酸亞乙烯酯的純度由99.95%提高到99.999%；(3) 針對超高純度碳酸亞乙烯酯在空氣中易發生自聚，貯存周期短的問題，根據灌裝和貯存要求，研制了高純度碳酸亞乙烯酯長周期穩定貯存的關鍵工藝和裝備，采用0.03-0.08MPa的高純氬氣保護，穩定貯存周期提高了6倍，達到180天。

該項目共獲授權知識產權13項，其中授權發明專利11項。研究成果已在蘇州華一新能源科技有限公司成功應用，建立了1000噸/年的超高純度碳酸亞乙烯酯工業化裝置，碳酸亞乙烯酯產品純度≥99.999%，收率≥90%，近2年累計生產純度為99.999%的碳酸亞乙烯酯2000噸。經江蘇省經濟和信息化委員會組織的鑒定，整體技術水平達到了國際先進水平，突破了國外技術封鎖。該項目的實施促進了新能源產業的技術升級，推動了我國鋰離子電池電解液領域技術水平的進步，形成了較強的國際影響力，社會、經濟效益顯著。

六、主要成果目錄: