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碳酸酯在锂电池电解液中的应用

在锂离子电池电解液中，碳酸酯是非常常见的溶剂，从碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯

（PC）到碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸甲乙酯，我们都非常熟悉了，

连不那么常用的碳酸二丙酯(DPC)，碳酸二苯酯(DPhC)，碳酸二丁酯(DBC)，碳酸丁烯酯

(BC)等，也有人研究过。

但实际上，虽然它们的英文都是同一个carbonate，碳酸酯在化学行业的名气，远不如碳

酸盐那么出名。在中学化学中我们就学过：碳酸钙（石灰石），碳酸钠（苏打），碳酸氢

铵（一种肥料），碳酸氢钠（小苏打）等碳酸盐，但一直到研究生毕业我在化学系呆了９

年，都没有接触过碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯这些有机碳酸酯，所以第一次接触电解液的成

分时，还很奇怪怎么会使用这么罕见的有机化合物来作为溶剂呢。

其实，碳酸酯并没有那么罕见，主要还是本人孤陋寡闻,学习生涯中没有使用过这些化合物

--隔行如隔山，即使同是化学这个大学科的不同分支,有时专业的差异性也象是隔了座山一

样。

碳酸酯并非很常见的溶剂，远不如酮类/醇类/羧酸酯类那么出名，因此，一般的化学辞典

或有机化学教材上，对碳酸酯的介绍资料都是比较粗略的。有些资料也不太准确，比如当

年DEC的凝固点被错误的记载为-43℃，实际上应该是-73℃左右，这个错误在锂电电解液

研究的过程中，被人们发现才纠正过来。

环状碳酸酯

据我所知，国内的工业上应用，比较早的是碳酸丙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸二乙酯。碳酸

丙烯酯因为溶解能力强、液态范围宽、稳定性好，在电化学研究中很早就得到了重视和应

用，早期的锂一次电池中，就使用碳酸丙烯酯与醚类溶剂搭配，如PC+DME，或

PC+DME+DOL，或PC+DME+THF等。在一些电化学的非水体系中，也常常用到PC做为

溶剂。工业上，碳酸丙烯酯又被简称为“碳丙”，是一种比较常用的溶剂。由于PC的优点和

易于获取，锂离子电池的电解液研究，早期离不开PC这个溶剂。

PC是一种优点很明显的溶剂,化学稳定性比较高,精馏时也不容易分解.它的沸点242℃,熔

点-48.8℃,液态范围高达290℃,这是非常大的一个优点.无论冷热都能使用,对于溶剂来讲

是非常难得的.另外,PC的溶解性非常好,能够溶解的物质多,具有很好的通用性.同时PC

还无毒,价格低廉,等等.集很多优点于一身.PC还有一个很有意思的特点,它对CO2的溶解

能力很强,在25℃2.8个大气压下每升PC中可以溶解8.5升标准压力下的CO2,而且在

压力上升时溶解度还迅速提高.因此工业上用它来吸收混合气中的二氧化碳.以前我就见

过一个技术方案,在软包电池的制作过程中用二氧化碳作为保护气,电解液中含有PC时,注

液之后二氧化碳被PC溶解吸收,软包电池的内部压力下降,铝塑膜就紧紧的贴在电池卷芯上

了.这个构思就是充分利用了PC对二氧化碳的溶解能力强的特点.

PC的缺点也不少,其中之一就是粘度相对于其它溶剂而言比较高,比如

溶剂名称及英文缩写粘度cp

乙酸甲酯MA0.37

丙酸甲酯MP0.43

乙酸乙酯EA0.45

丙酸乙酯EP0.53

乙酸丙酯PA0.59

碳酸二甲酯DMC0.59

碳酸甲乙酯EMC0.65

丙酸丙酯PP0.68

碳酸二乙酯DEC0.7