4427-96-7 / 碳酸乙烯亞乙酯的應用領域

背景及概述^[1]

碳酸乙烯亞乙酯（VEC）又叫4-乙烯基-1,3-二氧戊環-2-酮，主要用作鋰二次電池中的高反應活性的成膜添加劑。碳酸乙烯亞乙酯具有較高還原電位，在化成過程中優先于電解液在石墨負極表面發生電化學還原反應，形成較厚、阻抗較大的SEI膜。該膜在常溫乃至高溫環境下較為穩定，不易分解，抑制了發生在石墨負極表面的電解液的還原分解反應，減少了氣體產物的生成，避免了負極材料的結構及性能受到破壞，提高了電池在常溫，特別是高溫循環下的容量保持率，并抑制了電池的氣脹。該SEI膜具有良好的循環性能，但阻抗較大，不利于電極的嵌脫鋰反應，首次充放電容量及效率較低。

合成方法^[1]

以丁烯二醇和碳酸二烷基酯為起始原料，在間歇式反應器中，加入3-4-DHB為4050g（45.96mol）、DMC為8280g（9193mol）、SM-30為412g（相對于100重量份的3,4-DHB, SM的重量份為31），在反應溫度為30℃、反應壓力為0.2kgf/cm²G以下的條件下，進行共2小時的反應。在此過程中，1小時反應后的生成混合物及2小時反應后的生成混合物的組成如以下所示。

應用領域^[2][3]

鋰電池成膜添加劑

VEC具有較高的介電常數，較高的沸點和閃點，有利于提高鋰離子電池的安全性能。VEC在1.35V開始分解，能在片狀石墨上形成穩定和致密的SEI膜，有效地阻止PC和溶劑化鋰離子共同嵌入石墨層間，將電解液的分解抑制到最小程度，進而提高鋰離子電池的充放電效率和循環特性，化學性質穩定，當將一定量 VEC 加入電解質中在適宜溫度下將顯著改善陰極金屬的循環表現。在多次充放電循環后，所保留的放電能力可以從 68.8% 提高到 84.8% 。根據測試結果，加入 VEC 后可使得 CO2 峰在第二次充放電循環時的消失，并使 CO2 釋放量顯著減少。這說明了陰陽兩極在 VEC 的參與下都形成了穩定的SEI層。

2.有機合成

碳酸乙烯亞乙酯也被應用于有機合成，如在有機分子結構中引入烯丙基醇基團。下圖為在過渡金屬催化下使用碳酸乙烯亞乙酯向吲哚或二氫吲哚中引入烯丙基醇的反應式。

主要參考資料

[1] 呂仁洙，禹柄元，尹成雨，碳酸乙烯亞乙酯的制造方法，CN 200910008349，申請日2008-02-26

[2] 楊光, 付呈琳, 廖紅英, et al. 碳酸乙烯亞乙酯對鋰離子電池性能的影響[J]. 電池, 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.