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碳酸乙烯亚乙酯的应用领域

发布日期:2019/1/10 15:12:12

背景及概述[1]

碳酸乙烯亚乙酯(VEC)又叫4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮,主要用作锂二次电池中的高反应活性的成膜添加剂。碳酸乙烯亚乙酯具有较高还原电位,在化成过程中优先于电解液在石墨负极表面发生电化学还原反应,形成较厚、阻抗较大的SEI膜。该膜在常温乃至高温环境下较为稳定,不易分解,抑制了发生在石墨负极表面的电解液的还原分解反应,减少了气体产物的生成,避免了负极材料的结构及性能受到破坏,提高了电池在常温,特别是高温循环下的容量保持率,并抑制了电池的气胀。该SEI膜具有良好的循环性能,但阻抗较大,不利于电极的嵌脱锂反应,首次充放电容量及效率较低。

合成方法[1]

以丁烯二醇和碳酸二烷基酯为起始原料,在间歇式反应器中,加入3-4-DHB为4050g(45.96mol)、DMC为8280g(9193mol)、SM-30为412g(相对于100重量份的3,4-DHB, SM的重量份为31),在反应温度为30℃、反应压力为0.2kgf/cm2G以下的条件下,进行共2小时的反应。在此过程中,1小时反应后的生成混合物及2小时反应后的生成混合物的组成如以下所示。

应用领域[2][3]

锂电池成膜添加剂

VEC具有较高的介电常数,较高的沸点和闪点,有利于提高锂离子电池的安全性能。VEC在1.35V开始分解,能在片状石墨上形成稳定和致密的SEI膜,有效地阻止PC和溶剂化锂离子共同嵌入石墨层间,将电解液的分解抑制到最小程度,进而提高锂离子电池的充放电效率和循环特性,化学性质稳定,当将一定量 VEC 加入电解质中在适宜温度下将显著改善阴极金属的循环表现。在多次充放电循环后,所保留的放电能力可以从 68.8% 提高到 84.8% 。根据测试结果,加入 VEC 后可使得 CO2 峰在第二次充放电循环时的消失,并使 CO2 释放量显著减少。这说明了阴阳两极在 VEC 的参与下都形成了稳定的SEI层。

2.有机合成

碳酸乙烯亚乙酯也被应用于有机合成,如在有机分子结构中引入烯丙基醇基团。下图为在过渡金属催化下使用碳酸乙烯亚乙酯向吲哚或二氢吲哚中引入烯丙基醇的反应式。

主要参考资料

[1] 吕仁洙,禹柄元,尹成雨,碳酸乙烯亚乙酯的制造方法,CN 200910008349,申请日2008-02-26

[2] 杨光, 付呈琳, 廖红英, et al. 碳酸乙烯亚乙酯对锂离子电池性能的影响[J]. 电池, 2012.

[3] Sharma S , Shin Y , Mishra N K , et al. Rhodium-catalyzed mild and selective C–H allylation of indolines and indoles with 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one: facile access to indolic scaffolds with an allylic alcohol moiety[J]. Tetrahedron, 2015, 71(16):2435-2441.