碳酸丙烯酯（PC）作為鋰離子電池電解質(zhì)溶劑，具有價(jià)格低廉、熔點(diǎn)低（-49.2°C）、介電常數(shù)高、化學(xué)穩(wěn)定性高、閃點(diǎn)和沸點(diǎn)高、電化學(xué)窗口寬等優(yōu)點(diǎn)。PC基電解質(zhì)具有良好的低溫和高溫性能，有助于提高鋰離子電池的低溫性能和安全性能。然而，當(dāng)PC基電解質(zhì)與廣泛用于商用鋰離子電池的石墨陽(yáng)極材料結(jié)合使用時(shí)，其具有低成本、高容量和平坦的鋰插入平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，PC分子將與溶劑化鋰離子一起嵌入石墨層中，并在石墨層中發(fā)生劇烈的還原和分解反應(yīng)，如圖1所示，導(dǎo)致石墨薄片剝落并破壞石墨電極結(jié)構(gòu)。解決此問(wèn)題的有效方法是向電解質(zhì)中添加成膜添加劑，其優(yōu)先于PC的分解（或比PC更容易分解），并在石墨陽(yáng)極材料表面上形成有效、致密和穩(wěn)定的SEI膜，以防止PC和溶劑化鋰離子的共插層。因此，使用添加劑來(lái)提高PC基電解質(zhì)的循環(huán)穩(wěn)定性的基本原理是，添加劑必須在鋰離子插入石墨電極的電勢(shì)以上分解，并在石墨表面上形成均勻、致密和穩(wěn)定的SEI膜。這樣，當(dāng)放電電壓下降到鋰嵌入電位時(shí)，可以避免由PC的共嵌入和PC的還原引起的石墨碳的分層剝離、粉化和脫落。

丁酸乙烯酯（VB）、己酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、巴豆酸乙烯酯和新戊酸乙烯酯（新戊酸乙烯酯）可用作PC和液體電解質(zhì)系統(tǒng)的添加劑。向PC基電解質(zhì)中添加丁酸乙烯酯可以顯著抑制石墨電極上電解質(zhì)的分解，并改善電池的電化學(xué)性能。計(jì)算表明，VB的最低未占分子軌道（LUMO）能量與添加劑的還原電勢(shì)之間的關(guān)系基本上是線性的。為了測(cè)試乙酸乙烯酯、己二酸二乙烯酯和碳酸烯丙酯在鋰離子電池中常用的三種石墨碳（天然石墨、MCMB 6-28和MCF）中作為PC基電解質(zhì)添加劑的作用，并評(píng)估這些溶劑的直接雙電子還原的可行性，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)當(dāng)通過(guò)VEC的分解產(chǎn)生Li2CO3和1,4-丁二烯（1,4-丁二烯）時(shí)存在能量勢(shì)壘。相反，EC或PC的分解需要穿過(guò)0.5eV能量勢(shì)壘。VEC的還原分解容易產(chǎn)生Li2CO3，這可以解釋為什么VEC可以用作鋰離子電池的鈍化劑。

使用相同體積的氟代碳酸亞乙酯（氟代EC）和共溶劑電解質(zhì)，在石墨的第一次鋰插入過(guò)程中電解質(zhì)分解導(dǎo)致的容量損失降低到85mA·h/g。在含有等體積EC和PC的三元溶劑體系中，碳酸氟乙烯酯的體積分?jǐn)?shù)可進(jìn)一步降低至0.05。鋰離子電池使用含有碳酸氟乙烯酯、PC和EC溶劑的電解質(zhì)，具有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后，電池容量降至原來(lái)的37%，電池的電流效率為100%。因此，解決了當(dāng)使用碳酸氯乙烯酯（氯EC）代替碳酸氟乙烯酯時(shí)電池的低電流效率的問(wèn)題。

使用濕化學(xué)方法以低覆蓋率在石墨化中間相碳微珠（MCMB）上沉積納米銀顆粒，發(fā)現(xiàn)納米銀顆粒的沉積促進(jìn)了使用PC基電解質(zhì)在碳電極上形成穩(wěn)定的SEI膜。結(jié)果，鋰離子的嵌入和脫嵌變得可逆。

碳酸乙烯酯（VC）可用作高活性成膜添加劑，以最小化電解質(zhì)的分解，并改善鉀離子電池的充放電效率和循環(huán)特性。但VC是一種極不穩(wěn)定的化合物。碳酸乙烯酯（VEC）的分子結(jié)構(gòu)與VC非常相似，但由于VEC中的雙鍵直接連接到環(huán)外的電源基團(tuán)CH，雙鍵上的電子云密度增加，有利于穩(wěn)定雙鍵。VC中的雙鍵直接連接到環(huán)中的吸電子基團(tuán)OCOO，這降低了雙鍵上的電子云密度，這導(dǎo)致雙鍵極不穩(wěn)定，容易聚合。

當(dāng)用作溶劑時(shí)，VEC具有高介電常數(shù)，并且具有高沸點(diǎn)和閃點(diǎn)，這有利于提高鋰離子電池的安全性。在詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)和理論研究中，對(duì)作為PC基電解質(zhì)成膜添加劑的VEC的物理和電化學(xué)性質(zhì)、還原分解機(jī)理和電化學(xué)行為以及在不同石墨形態(tài)和充放電電流密度下的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)VEC在1.35V時(shí)開始分解，其產(chǎn)物可以在片狀石墨上形成致密穩(wěn)定的SEI膜，這可以有效防止PC和溶劑化鋰離子在石墨層之間的共插。VEC具有高氧化電位，并且與正極材料LiMn2O4具有良好的相容性。FTIR、XPS和GC-MS研究結(jié)果表明，VEC的主要還原產(chǎn)物為醇鋰ROLi（R為烷基）、烷基酯鋰ROCO2Li、碳酸鋰、鋰碳化合物和1,3-丁二烯等，LiO2COCH2CH（CH＝CH2）OCO2Li、LiO2COCH2CH（CH＝CH2）CH2OCO2Li等。

石墨電極在PC/VEC電解質(zhì)中的電化學(xué)行為高度依賴于石墨的形態(tài)和充放電電流密度。在低電流密度下，VEC的還原和分解產(chǎn)物可以在片狀石墨表面上形成有效、充分和穩(wěn)定的SEI膜，但不能在球狀石墨MCMB表面上形成高效和充分的SEI薄膜。只有在高電流密度下，VEC的還原和分解產(chǎn)物才能在片狀石墨和球狀石墨MCMB表面形成有效且充分的SEI膜。通過(guò)簡(jiǎn)單地控制充電和放電電流密度，可以顯著抑制PC和溶劑化鋰離子在球形MCMB中的共插層。在低電流密度下VEC的還原分解的主要產(chǎn)物是長(zhǎng)鏈烷基酯鋰LiOROCO2Li，而在高電流密度下還原分解的主產(chǎn)物是無(wú)機(jī)Li2CO3。正是這種特定的還原和分解產(chǎn)物決定了具有不同形貌的石墨材料的不同電化學(xué)行為。

盡管PC具有許多優(yōu)點(diǎn)，添加少量合適的成膜添加劑可以解決其與石墨負(fù)極材料的兼容性，但如果將其應(yīng)用于實(shí)際的鋰離子電池，仍有許多問(wèn)題亟待解決。首先是PC的粘度過(guò)高，這直接導(dǎo)致電解質(zhì)體系的電導(dǎo)率[（2~6）×10-3S/cm]低于當(dāng)前常用的電解質(zhì)體系[（10~18）×10-3S/cm]。雖然PC基電解質(zhì)的電導(dǎo)率可以滿足普通鋰離子電池的要求，但如果將其用于動(dòng)力型鋰離子電池，其電導(dǎo)率仍然較低；此外，PC基電解質(zhì)與電極材料的滲透性非常差，因此活性材料的利用率不高。盡管可以將一些低沸點(diǎn)鏈碳酸酯（例如DMC、DEC、EMC等）添加到基于PC的電解質(zhì)中以改善系統(tǒng)的低溫性能，提出了有助于解決這一問(wèn)題的兩種思路：一是在PC基電解質(zhì)中加入少量合適的表面活性劑，以降低電解質(zhì)的表面張力，增加電解質(zhì)和電極表面的滲透程度；第二步是將基于PC的電解質(zhì)制備成類似于“啤酒”的系統(tǒng)，向基于PC的電解液中添加一些氣體，并要求壓力保持在電池的可接受范圍內(nèi)。氣體最好選擇中性氣體，如CO2（PC可以吸收大量CO2，通常使用PC凈化CO2）。該電解質(zhì)系統(tǒng)可能具有以下優(yōu)點(diǎn)：①向PC基電解質(zhì)中添加非常少量的CO2可以顯著改善石墨陽(yáng)極材料表面上的SEI膜，防止PC和溶劑化鋰離子在石墨層之間的共插層；②它可以改善電解質(zhì)和電極表面的滲透狀態(tài)；③它可以抑制產(chǎn)生氣體的副反應(yīng)；④可以提高鋰離子電池的安全性能；⑤它可能具有較高的導(dǎo)電性等。