碳酸丙烯酯（PC）在钠离子电池中应用更广泛，因为钠离子电池负极通常不依赖石墨。 在锂离子电池中，PC 会共嵌入石墨层中，导致石墨层严重剥离，从而破坏电极结构。钠离子电池通常使用硬碳等非石墨负极，这避免了这种特定的兼容性失效，使 PC 能够作为主要溶剂或共溶剂使用。
关键区别在于电极兼容性，而不仅仅是溶剂性能。 PC 在两种电池系统中都具有实用的电解液特性，但它与石墨的破坏性相互作用严重限制了其在传统锂离子电池中的使用。
为什么 PC 作为电解液溶剂具有吸引力
PC 在很宽的温度范围内保持液态
PC 具有很宽的液态工作范围，这使其在电解液配制和不同温度下的电池测试中非常方便。与碳酸乙烯酯（EC）不同，它在室温附近保持液态，而不是接近其约 36°C 的较高熔点。
PC 支持盐的溶解
PC 具有高介电常数，补充参考资料显示约为 64.92。这种强极性有助于溶解碱金属盐，并支持形成离子导电电解液。
PC 支持实际配方的灵活性
PC 可用作主要溶剂，或与碳酸二乙酯（DEC）或碳酸二甲酯（DMC）等线性碳酸酯混合使用。这些混合物使研究人员能够平衡盐溶解度、粘度、离子电导率和温度耐受性。
为什么 PC 在传统锂离子电池中受到限制
石墨是关键限制因素
标准锂离子电池通常使用石墨作为负极。在充电过程中，锂与石墨的相互作用方式可能导致 PC 分子共嵌入石墨层之间。
共嵌入会损坏电极
PC 分子的插入会使石墨结构膨胀并变得不稳定。这会导致严重的石墨剥离，损坏电极界面并导致容量迅速下降或电池失效。
因此，问题不在于 PC 缺乏吸引人的电解液特性。其局限性在于它与传统锂离子电池中占主导地位的石墨负极化学不兼容。
EC 成为传统的替代品
EC 被广泛用于锂离子电解液，因为它可以在适当条件下在石墨上形成保护性固体电解质界面（SEI）。尽管 EC 具有高介电常数和良好的热稳定性，但其熔点意味着它通常与低粘度的线性碳酸酯配对使用。
为什么钠离子电池可以更广泛地使用 PC
钠离子电池负极通常是非石墨的
钠离子电池主要使用硬碳和其他非石墨负极材料。这些结构不存在允许破坏性 PC 共嵌入的层状石墨间隙。
硬碳避免了经典的剥离机制
由于硬碳具有无序结构，PC 不会产生在锂离子电池中观察到的灾难性石墨层剥离。这使得 PC 与许多钠离子设计中使用的负极具有更好的兼容性。
PC 在早期开发阶段很有用
PC 与硬碳的兼容性对于实验室电池和原型评估特别有价值。研究人员可以使用含 PC 的电解液来研究钠离子化学，而不会立即遇到限制锂离子配方的石墨失效机制。
PC 可以补充 EC 和线性碳酸酯
钠离子电解液可以将 PC 与 EC 或线性碳酸酯结合使用，以调整整体配方。目标是在离子电导率、粘度、盐溶解度、SEI 形成和温度性能之间获得适当的平衡。
理解权衡
PC 的兼容性并非普遍适用
PC 在钠离子电池中应用更广泛，但这并不意味着每种钠离子负极或电解液配方都能同样好地使用它。兼容性仍然取决于电极材料、盐、浓度、添加剂和操作条件。
溶剂选择仍然是一个配方问题
高极性溶剂可以改善盐的溶解，而低粘度溶剂可以改善离子传输。这些特性必须平衡，而不是独立优化。
EC 和 PC 提供不同的优势
EC 提供更高的介电常数（约为 89.78），并有助于形成保护性 SEI。PC 在更宽的实际温度范围内保持液态，但最终的电解液可能需要共溶剂或添加剂来实现所需的界面和传输特性。
锂离子电池的比较可能会产生误导
得出 PC 本质上不适合锂离子电池或本质上是钠离子电池理想选择的结论是不准确的。决定性问题是溶剂与负极材料之间的相互作用，特别是在传统锂离子电池中的石墨。
为您的目标做出正确的选择
合适的选择取决于电极化学性质和优先考虑的性能属性。
- 如果您的主要重点是基于石墨的锂离子电池： 除非已证明特定电极和配方能够抑制石墨共嵌入和剥离，否则避免将 PC 用作常规的大量溶剂。
- 如果您的主要重点是硬碳钠离子电池： 考虑将 PC 作为主要溶剂或共溶剂，因为非石墨负极避免了石墨中存在的主要失效机制。
- 如果您的主要重点是室温或低温操作： PC 很有吸引力，因为它在很宽的温度范围内保持液态，而 EC 通常需要液态共溶剂。
- 如果您的主要重点是平衡电解液性能： 仅在综合评估粘度、离子电导率、盐溶解度、SEI 形成和电极兼容性后，再组合使用 PC、EC 或线性碳酸酯。
PC 在钠离子电解液中应用更广泛，因为钠离子电池负极（尤其是硬碳）避免了限制 PC 在传统锂离子电池中使用的破坏性石墨共嵌入机制。
总结表：
| 特性 | 钠离子电池（硬碳负极） | 锂离子电池（石墨负极） |
|---|---|---|
| PC 兼容性 | 高 | 低 |
| 主要负极材料 | 硬碳（无序） | 石墨（层状） |
| PC 共嵌入 | 无问题 | 会共嵌入，导致剥离 |
| 结构影响 | 无灾难性剥离 | 严重的层剥离和容量损失 |
| PC 的典型用途 | 主要溶剂或共溶剂 | 除非特殊配方，否则避免使用 |
| 关键性能优势 | 宽液态范围，良好的盐溶解度 | EC 通常更适合 SEI 形成 |
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