简析锂离子电池碳酸酯及其性质

锂离子电池碳酸盐及其性质

碳酸盐岩是锂离子电池行业使用的第一种有机溶剂，在锂离子电池行业(包括早期的锂一次电池、锂二次电池、现在的锂离子电池、锂聚合物电池等)中起着不可替代的用途。锂离子电池中常用的碳酸盐可分为循环碳酸盐和线性碳酸盐。

1循环碳酸

(1)基本理化性质

碳酸丙烯(PC)和碳酸乙烯(EC)是锂离子电池可充电电解液中最重要的两种有机溶剂。PC为无色、透明、微芳香的常温常压液体，相对分子质量102.09，密度(25℃)1.198g/cm3，凝固点-49.27℃，低温性能好。PC闪点为128℃，燃点为133℃，沸点为242℃，折射率为1.4209~1.4218，介电常数较高(25℃时为66.1℃)。PC易溶于苯、乙醇、丙酮等有机溶剂中，关于某些无机盐、二氧化碳、硫化氢和某些有机硫化物有较大的溶解度，可作为高效脱硫、脱碳的溶剂。此外，PC具有较高的化学、电化学和光学稳定性，可以在恶劣条件下使用。缺点是PC具有一定的吸湿性，可能对电解液中的水分控制有一定的影响。

(2)碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯的制备

光气法是工业上最早制备PC和EC的方法，它是用乙二醇或丙二醇合成光气。由于光气毒性大，对环境污染严重，已被禁止使用。另一种常用的方法是酯交换法，重要用乙二醇/丙二醇酯交换碳酸二乙酯制备环状碳酸酯。这种方法的原料昂贵，作为催化剂的有机锡毒性更大，基本上已经不再使用。

(3)其他环状碳酸盐岩溶剂

通过在PC和EC的甲基或亚甲基位置引入-cl、-f等官能团，可以得到一系列新的碳酸盐岩溶剂。卤素原子的引入降低了电解质的熔点，提高了闪点，有利于提高电解质的低温安全性。电池在氟碳酸形成的电解液中的循环效率和安全性也得到了改善。例如，由PC甲基上的氟取代三个氢形成的TFPC具有很高的闪点(134℃)，提高了电解液的耐火性能。

2线性碳酸

常用的线性碳酸盐岩有碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲基乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲基丙酯(MPC)。由于循环碳酸盐岩普遍具有高粘度和熔点，因此常与低粘度、低熔点的线性碳酸盐岩混合使用，以获得更好的性能。

(1)线性碳酸盐的基本理化性质

DMC为常温无色液体，熔点为4.6℃，沸点为90℃，闪点为18℃。它是一种无毒或微毒性的产品，可以与水或酒精形成共沸物。DMC具有独特的分子结构，含有羰基、甲基、甲氧基等官能团，反应活性多样。可作为羰基化、甲基化试剂、汽油添加剂、聚碳酸酯合成原料等。

DEC的结构与DMC相似。它是一种室温下的无色液体，熔点极低，为-74.3℃(不是一般文献报道的-43℃)。沸点(126.8℃)、闪点(33℃)略高于DMC，毒性大于DMC。DEC溶于酮、醇、醚、酯等，不溶于水。DMC和DEC都具有低粘度(0.58mpa)。和介电常数(3.11和2.82)，通常不单独用作锂离子电池电解质的溶剂，而是作为共溶剂。

EMC和MPC为不对称线性碳酸盐，熔点、沸点和闪点与DMC和DEC相似，但热稳定性差，易在碱性条件下通过酯交换反应生成DMC和DEC。与DMC和DEC不同的是，以EMC或MPC为单一溶剂的电解液在相同的条件下具有优异的电化学性能。

近年来，为了提高线性碳酸盐岩的热稳定性，合成了部分或全部含氟碳酸盐岩。这些溶剂熔点低，阳极稳定性高，安全性好，热稳定性好。然而，该系统的应用前景是广阔的。