有机碳酸酯是锂离子(Li+)电池,钠离子(Na+)电池以及金属锂(Li)电池电解质常用的非质子溶剂。其中,碳酸丙烯酯(Propylene carbonate,PC)最早受到研究者的关注。PC具有液态温度范围宽,高介电常数,优异的离子电导率等独特性质,但却难以在负极表面生成稳定的电极/电解液界面膜(Solid electrolyteinterphase,SEI),因此不能单独作为电解液溶剂。虽然已经证实石墨负极在PC溶液中会持续反应剥离导致衰退,但是PC仍有望应用于以金属锂为负极的二次电池。本文选取高氯酸锂(LiC104)作为电解质盐,研究了 PC溶剂发生的还原反应以及还原产物形成沉积膜的机理和特性。本文的主要研究内容分为以下几个方面:1.以Pt为工作电极,采用循环伏安法(cyclic voltammetry,CV)研究了 PC在开路电势至OV(vs.Li/Li+)电势区间内的还原过程的多步特性及其还原产物的氧化性能。逐步降低电势下限,在不同电势区间内研究PC的还原过程,对比加入微量锂盐前后循环伏安曲线的变化,并检验还原产物的可氧化性。结果表明:PC的还原分多步进行,各步的还原产物均能在较高的电势下被氧化。溶剂中所含的微量杂质丙二醇和水均会在高于1V的电势下还原,其还原产物都具有可氧化性。2.研究了 PC在1V至0.5V电势区间内的还原过程与沉积物形成的特性:在1V至0.5V区间内是PC本身的还原分解。采用扫描电化学显微镜方法(scanning electrochemical microscopy,SECM)中的基底产生-探针收集的模式,利用探针的高灵敏度和响应及时的特点,研究了 PC在基底上发生还原反应的产物的溶解性和可氧化性特性。结果表明,PC还原过程经历了两个阶段。结合扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和傅立叶变换红外光谱(fouliertransform infrared spectrum,FTIR)分析,发现第一阶段还原的电势下限为0.85V,得到的产物为CH3-CH-CH-OCO2-阴离子自由基,该自由基可溶于LiClO4/PC电解质中并能在较高的电势下被电化学氧化。第二阶段还原的电势区间为0.85V至0.55V,还原产物推测是形成SEI膜的CH = CH-CH-OC02 Li和Li2C03。进一步研究表明,SEI膜的特性与PC还原的方式有关。当PC在较低的恒定电流密度下还原,形成的SEI膜将更加致密和均匀,并且能更有效地阻止电解液进一步还原,锂沉积/溶解循环特性也能显著提高。3.尝试将SECM方法运用于研究有机溶剂的反应及SEI膜形成特性,证明了该方法的有效性和推广应用价值。