一种无水高氯酸盐电解质溶液及其制备方法与流程

1.本发明涉及离子电池技术领域，特别是涉及一种无水高氯酸盐电解质溶液及其制备方法。

背景技术：

2.高氯酸盐有机电解液是高氯酸盐溶解于某些非质子性有机溶剂所形成的溶液，是一种性能优良的电池电解液，具有溶解度高、离子电导率高、电化学稳定窗口宽，化学稳定性好等优点。在国内外已经得到深入地研究，并曾广泛地应用于各种电池中。但是由于高氯酸根具有强氧化性，无水高氯酸盐与还原剂、有机溶剂都可能发生反应。在受撞击或高温分解释放氧气，导致生产使用过程安全风险极高，限制了高氯酸盐电解液的应用。
3.高氯酸盐一般采用：(1)中和法：将碳酸盐或单水氢氧化物与在纯水中反应，经蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离出水合高氯酸盐后再经高温脱水、冷却、破碎得到成品。(2)电解法：将氯酸盐水溶液电解制备，同样需经蒸发浓缩、冷却结晶、离心分离出水合高氯酸盐后再经高温脱水、冷却、破碎得到成品。但是在高温脱水、冷却、破碎过程中有发生爆炸的风险。
4.另一方面，高含水量的水合高氯酸盐因含有结晶水，在受热过程中首先发生结晶水的脱水，这一过程抑制了快速升温，减缓了与还原剂、有机溶剂发生反应的速率，提高了安全性。但是高含水量的高氯酸盐引入的水分在电解液的生产和使用过程中，都将导致电解液品质下降，甚至变质，从而是降低电池的使用性能和安全性能。因此，寻一种简单、高效、安全的方法制备无水高氯酸盐电解液是一项亟待解决的问题。
5.本发明公开了一种无水高氯酸盐电解质溶液及其制备方法，包括如下步骤：将含有结晶水的高氯酸盐水合物直接加入到有机溶剂中溶解，过滤除去不溶于溶剂的杂质，然后将滤液通过精馏处理分离其中的水分，即得所述的无水高氯酸盐电解质溶液。本发明所述的无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法是用含有结晶的高氯酸盐水合物直接替代无水高氯酸盐溶解于酯类或醚类溶剂中，有效规避了无水高氯酸盐固体制备、干燥、储存、投料过程中的爆炸危险性。本发明提供的方法具有操作简单，安全可靠，无爆炸风险，产品水含量低，品质高等优点，适合工业化生产。

技术实现要素：

6.根据上述实际问题，本发明提供一种无水高氯酸盐电解质溶液及其制备方法，将含水高氯酸盐直接溶解在有机溶剂中，破坏其结晶水结构，使之成为易挥发的游离水，然后通过精馏处理，将其中的水分分离，有效避免了传统无水高氯酸盐固体制备、干燥、储存、投料过程中的易燃易爆风险，为无水高氯酸盐电解液的工业化生产提供了一种操作简单，安全可靠，无爆炸风险，产品水含量低，品质高的制备方法。
7.本发明为一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
8.步骤一：把高氯酸盐水合物或未经彻底干燥的高氯酸盐中的一种或几种加入到有
机溶剂中，得到混合液；
9.步骤二：将混合液溶解，过滤除去不溶物，得到滤液；
10.步骤三：将滤液经过精馏处理，将其中的水分分离，即得无水高氯酸盐电解质溶液，用于后续电解液的配制。
11.进一步，所述高氯酸盐为高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸钾、高氯酸镁、高氯酸钙、高氯酸钡中的一种或几种混合；所述有机溶剂为酯类或醚类溶剂中的至少一种。
12.进一步的，所述酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或几种混合；所述的醚类溶剂为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1,2-二甲基乙烷、二甘醇二甲醚中的一种或几种混合。
13.进一步的，所述高氯酸盐未经彻底干燥，含水量≥100mg/kg，其水分包括结合水或游离水中的至少一种。
14.进一步的，所述溶解为物理溶解，溶解过程温度≤40℃。
15.进一步的，所述精馏处理的温度≤80℃。
16.进一步的，所述精馏处理方式为常压蒸馏方式、减压蒸馏方式、降膜蒸发方式、蒸馏共沸干燥方式中的一种或几种混合使用。
17.进一步的，所述蒸馏共沸干燥方式采用干燥剂进行干燥。
18.进一步的，干燥剂包括酸性干燥剂、碱性干燥剂、中性干燥剂、多孔干燥剂；其中，所述酸性干燥剂包括：五氧化二磷，硅胶；所述碱性干燥剂包括：碱石灰，氧化钙，氢氧化钠；所述中性干燥剂包括：无水氯化钙，三氧化二铝，硫酸铜，硫酸钠，硫酸镁；所述多孔干燥剂包括：3a分子筛，4a分子筛，5a分子筛。
19.一种由上述制备方法制备的无水高氯酸盐电解质溶液。
20.有益效果：和现有技术相比，本发明提供的无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法是用含有结晶的高氯酸盐水合物直接替代无水高氯酸盐溶解于酯类或醚类溶剂中，有效规避了无水高氯酸盐固体制备、干燥、储存、投料过程中的爆炸危险性。本发明提供的方法具有操作简单，安全可靠，无爆炸风险，产品水含量低，品质高等优点，适合工业化生产。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
22.一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，包括以下步骤：
23.步骤一：把高氯酸盐水合物或未经彻底干燥的高氯酸盐中的一种或几种加入到有机溶剂中，得到混合液；
24.步骤二：将混合液采用物理方法溶解，过滤除去不溶物，得到滤液；
25.步骤三：将滤液经过精馏处理，将其中的水分分离，即得无水高氯酸盐电解质溶液，用于后续电解液的配制。
26.具体由以下几个实施例对该化合物、制备方法及其应用进行阐述：
27.实施例1
28.一种高氯酸锂电解质溶液的制备方法，包括如下步骤：将含水量为34.5％的高氯酸锂水合物2.22kg溶解于5kg碳酸乙烯酯中，过滤除去不溶物，然后将滤液通过减压精馏分
离出其中的水分，经水分测定仪测定其中反应体系中水分，当温度升高至80℃，真空度为-0.98mpa时，经过80h精馏后，体系中水分含量降低至23ppm，即可得到高氯酸锂的碳酸乙烯酯电解液。
29.实施例2
30.一种高氯酸钠电解质溶液的制备方法，包括如下步骤：将含水量为13.5％的高氯酸钠水合物1.93kg溶解于5kg碳酸乙烯酯中，过滤除去不溶物，然后将滤液通过减压精馏分离出其中的水分，经水分测定仪测定其中反应体系中水分，当温度升高至80℃，真空度为-0.98mpa时，经过72h精馏后，体系中水分含量降低至15ppm，即可得到高氯酸钠的碳酸乙烯酯电解液。
31.实施例3
32.一种高氯酸镁电解质溶液的制备方法，包括如下步骤：将含水量为8.1％的高氯酸镁水合物1.68kg溶解于5kg碳酸乙烯酯中，过滤除去不溶物，然后将滤液通过减压精馏分离出其中的水分，经水分测定仪测定其中反应体系中水分，当温度升高酯80℃，真空度为-0.98mpa时，经过70h精馏后，体系中水分含量降低至13ppm，即可得到高氯酸镁的碳酸乙烯酯电解液。
33.实施例4
34.一种高氯酸锂电解质溶液的制备方法，包括如下步骤：将含水量为34.5％的高氯酸锂水合物1.32kg溶解于5kg四氢呋喃中，过滤除去不溶物，然后将滤液通过60℃蒸馏共沸，并通过碱石灰干燥剂将共沸蒸汽中的水分吸收，干燥后的四氢呋喃通过冷凝循环到体系继续进行除水操作，经水分测定仪测定其中反应体系中水分，经过45h精馏处理后，体系中水分含量降低至24ppm，即可得到高氯酸锂的四氢呋喃电解液。
35.实施例5
36.一种高氯酸钠电解质溶液的制备方法，包括如下步骤：将含水量为13.5％的高氯酸钠水合物1.26kg溶解于5kg四氢呋喃中，过滤除去不溶物，然后将滤液通过60℃蒸馏共沸，并通过碱石灰干燥剂将共沸蒸汽中的水分吸收，干燥后的四氢呋喃通过冷凝循环到体系继续进行除水操作，经水分测定仪测定其中反应体系中水分，经过48h精馏处理后，体系中水分含量降低至19ppm，即可得到高氯酸钠的四氢呋喃电解液。
37.实施例6
38.一种高氯酸镁电解质溶液的制备方法，包括如下步骤：将含水量为8.1％的高氯酸镁水合物1.07kg溶解于5kg四氢呋喃中，过滤除去不溶物，然后将滤液通过60℃蒸馏共沸，并通过碱石灰干燥剂将共沸蒸汽中的水分吸收，干燥后的四氢呋喃通过冷凝循环到体系继续进行除水操作，经水分测定仪测定其中反应体系中水分，经过48h精馏处理后，体系中水分含量降低至17ppm，即可得到高氯酸镁的四氢呋喃电解液。
39.由实施例1-6显示，本发明将含有结晶水的高氯酸盐水合物直接加入到有机溶剂中溶解，破坏其结晶水结构，使之成为易挥发的游离水，然后通过精馏处理，将其中的水分分离，有效避免了传统无水高氯酸盐固体制备、干燥、储存、投料过程中的易燃易爆风险，为无水高氯酸盐电解液的工业化生产提供了一种操作简单，安全可靠，无爆炸风险，产品水含量低，品质高的制备方法。
40.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：把高氯酸盐水合物或未经彻底干燥的高氯酸盐中的一种或几种加入到有机溶剂中，得到混合液；步骤二：将混合液溶解，过滤除去不溶物，得到滤液；步骤三：将滤液经过精馏处理，将其中的水分分离，即得无水高氯酸盐电解质溶液，用于后续电解液的配制。2.根据权利要求1所述的一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：所述高氯酸盐为高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸钾、高氯酸镁、高氯酸钙、高氯酸钡中的一种或几种混合；所述有机溶剂为酯类或醚类溶剂中的至少一种。3.根据权利要求2所述的一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：所述酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或几种混合；所述的醚类溶剂为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1,2-二甲基乙烷、二甘醇二甲醚中的一种或几种混合。4.根据权利要求1所述的一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：所述高氯酸盐未经彻底干燥，含水量≥100mg/kg，其水分包括结合水或游离水中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：所述溶解为物理溶解，溶解过程温度≤40℃。6.根据权利要求1所述的一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：所述精馏处理的温度≤80℃。7.根据权利要求1或6任意一项所述的一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：所述精馏处理方式为常压蒸馏方式、减压蒸馏方式、降膜蒸发方式、蒸馏共沸干燥方式中的一种或几种混合使用。8.根据权利要求7所述的一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：所述蒸馏共沸干燥方式采用干燥剂进行干燥。9.根据权利要求8所述的一种无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法，其特征在于：干燥剂包括酸性干燥剂、碱性干燥剂、中性干燥剂、多孔干燥剂；其中，所述酸性干燥剂包括：五氧化二磷，硅胶；所述碱性干燥剂包括：碱石灰，氧化钙，氢氧化钠；所述中性干燥剂包括：无水氯化钙，三氧化二铝，硫酸铜，硫酸钠，硫酸镁；所述多孔干燥剂包括：3a分子筛，4a分子筛，5a分子筛。10.一种无水高氯酸盐电解质溶液，其特征在于：由权利要求1-9任意一项所述的无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法制备。

技术总结

本发明公开了一种无水高氯酸盐电解质溶液及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：把高氯酸盐水合物或未经彻底干燥的高氯酸盐中的一种或几种加入到有机溶剂中，得到混合液；将混合液溶解，过滤除去不溶物，得到滤液；将滤液经过精馏处理，将其中的水分分离，即得无水高氯酸盐电解质溶液，用于后续电解液的配制。本发明提供的无水高氯酸盐电解质溶液的制备方法是用含有结晶的高氯酸盐水合物直接替代无水高氯酸盐溶解于酯类或醚类溶剂中，有效规避了无水高氯酸盐固体制备、干燥、储存、投料过程中的爆炸危险性。本发明提供的方法具有操作简单，安全可靠，无爆炸风险，产品水含量低，品质高等优点，适合工业化生产。适合工业化生产。