에틸렌 카보네이트

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에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate, EC)는 탄산과 에틸렌글리콜의 탈수로 얻어지는 고리 모양의 에스테르이다. 공업적으로는 에틸렌 옥시드와 이산화탄소에서 합성한다. 녹는점 36.4℃에서 액화한다. 고분자 폴리머의 용제로 유용하고 탄산 에스테르의 합성 원료로도 사용된다. 전기차 배터리 액상 전해질에 들어가는 유기용매로 쓰인다.

개요

리튬이온 배터리에는 양극재와 음극재 사이에서 리튬이온의 이동 통로 역할을 하는 '전해액'이 탑재된다. 전해액에는 리튬염, 첨가제, 유기용매가 포함된다. 유기용매는 리튬염을 용해해 리튬이온이 양극과 음극사이를 원활하게 이동할 수 있도록 도와준다. 전해질 유기용매는 리튬이온 방식 전기차용 배터리 제조에 없어서는 안 될 핵심 소재 중 하나지만 국내에는 이를 전문적으로 생산하는 기업이 없는 것으로 알려졌다. 국내 전해질 제조 기업들은 중국에서 유기용매를 들여와 사용 중이다. 롯데케미칼 충남 대산공장은 '고순도 산화 에틸렌'(HPEO) 생산 라인을 갖고 있어 에틸렌 계열 유기용매 제조에 유리하다. 롯데케미칼은 2021년 6월 20일 충남 대산공장 내 전기차 배터리 소재 생산시설 증설에 2100억원을 투자한다고 공시했으며 2023년 하반기 완공 예정이다.

• 분자식 :C₃H₄O₃
• 분자량 : 88.1
• 상태 : 흰색부터 노란색 고체 (White to yellow solid)
• 밀도 : 1.3210 g/cm3
• 녹는점 : 34 to 37 °C (93 to 99 °F; 307 to 310 K)
• 끓는점 : 243.0 °C (469.4 °F; 516.1 K)

제법

• 에틸렌글리콜에 포스겐을 불어넣는다.
• 에틸렌글리콜과 탄산디에틸을 소량의 탄산칼륨을 촉매로 해서 가열한다.
• 공업적으로는 산화에틸렌과 이산화탄소를 고온·고압으로 반응시킨다.

성질

무색, 무취의 결정. 녹는점 39℃, 끓는점 238℃, d₄³⁹ 1.3118. 200℃ 이상에서 서서히 분해되어 에틸렌과 이산화탄소가 된다. 알코올, 카르복시산, 아민류 등과 반응해서, 각각 β-히드록시에틸에테르, β-히드록시에틸에스테르 및 β-히드록시에틸우레탄을 생성한다. 알칼리를 촉매로 고온으로 가열하면, 중축합해서 폴리산화에틸렌이 된다.

용도

나일론, 테토론, 폴리아크릴로니트릴 등을 잘 용해하기 때문에 고분자 화합물의 용해제로 사용되는 외에, 실험실적으로 탄산에스테르를 합성할 때의 원료로 사용된다. 또 글리세롤과 반응해서 글리시드를 주기 때문에 실험실적인 글리시드 합성 원료로도 사용되고 있다.

참고자료

• 〈탄산에틸렌〉, 《화학대사전》
• 〈탄산 에틸렌〉, 《화학용어사전》

같이 보기

• 에틸렌
• 카보네이트
• 폴리카보네이트
• 디메틸 카보네이트
• 트리메틸렌 카보네이트
• 프로필렌 카보네이트
• 비닐렌 카보네이트
• 탄산에스테르

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