Unveiling Reaction Pathways of Ethylene Carbonate and Vinylene Carbonate in Li-Ion Batteries

碳酸盐 碳酸乙烯酯 电化学 乙烯 亲核细胞 水解 碳酸二甲酯 化学 无机化学 有机化学 物理化学 催化作用 电极 电解质
作者
Robin Lundström,Neeha Gogoi,Tim Melin,Erik J. Berg
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:128 (20): 8147-8153 被引量:43
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.4c00927
摘要

Ethylene carbonate (EC) and vinylene carbonate (VC) are the archetypical electrolyte solvent and additive in Li-ion batteries (LIBs), respectively. However, our understanding of their reaction pathways remains incomplete. Herein, the reaction pathways of EC and VC are explored by using online electrochemical mass spectrometry complemented by nuclear magnetic resonance analysis. For EC, reduction occurs through two distinct pathways <0.8 V vs Li+/Li, one yielding C2H4 and the other yielding CO, depending on the electrode potential and the EC concentration. The CO-releasing pathway does not contribute to the solid electrolyte interphase formation. For VC, reduction commences at <1.9 V, but CO2 gas evolution proceeds through a chemical step via a nucleophilic attack and VC ring opening. Additionally, VC scavenges H2O and reduced protons via hydrolysis and via proton abstraction from the carbon electrode to form EC. Our study uncovers further reaction pathways and underscores the unique properties of EC and VC, both individually and in combination, and elucidates their roles in influencing the formation process in Li-ion batteries.
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