锂离子电池有机电解液添加剂的性能及分解机理研究
锂离子电池耐高压电解液添加剂研究进展
锂离子电池耐高压电解液添加剂研究进展本文主要介绍锂离子电池耐高压电解液添加剂方面的研究进展，并按照添加剂的种类分类进行探讨：含硼类添加剂、有机磷类添加剂、碳酸酯类添加剂、含硫添加剂、离子液体添加剂及其它类型添加剂，并展望了添加剂在耐高压锂离子电池中的发展前景及未来研究方向。
标签：锂离子电池;电解液添加剂;耐高压耐高压电解液是构筑高压锂离子电池体系的核心，因为提高电池的工作电压可以提高能量密度，但是，目前所使用的电解液当工作电压超过4.3 V时会发生严重的氧化分解，导致电极/电解液之间界面阻抗增加，从而恶化电池性能。
相比于发展新型的耐高压电解液，添加剂由于其用量少、成本低、无毒或毒性较小等优点而更受研究者们的青睐。
本综述主要对耐高压锂离子电池中的添加剂进行了分类总结，并按照添加剂的种类将其分为：含硼类添加剂;有机磷类添加剂;碳酸酯类添加剂;含硫添加剂;离子液体添加剂及其它类型添加剂。
1 含硼类添加剂含硼化合物经常作为添加剂应用到不同正极材料的锂离子电池中，在电池循环过程中，很多含硼化合物会在正极表面形成保护膜，来稳定电极/电解液之间的界面，从而提高电池性能。
考虑到含硼化合物的这一独特性能，众多学者开始尝试将其应用到耐高压锂离子电池中，来增强正极界面稳定性。
LI等[1]将三（三甲基硅烷）硼酸酯（TMSB）应用到以Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2 作正极材料的耐高压锂离子电池中，发现当有0.5%（质量分数）TMSB 添加剂存在时，循环200 圈后容量保持74%（电位范围2～4.8 V，充放电倍率为0.5 C）;而没有添加剂存在时，容量保持仅为19%。
为了了解TMSB对正极表面修饰的作用机制，ZUO等[2]将TMSB添加到LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2/石墨全电池中，并分别对正极材料进行了XPS 与TEM 分析，得到结论：在没有添加剂存在时，随着循环次数的增加，会逐渐在正极表面形成一层有LiF存在的正极电解液界面（CEI）膜，这层膜较厚且具有高阻抗;加入TMSB 后，缺电子的含硼类化合物会提高正极表面LiF的溶解度，形成的SEI膜较薄，且具有低的阻抗。
锂离子电池电解液中添加剂对电池性能的影响分析
锂离子电池电解液中添加剂对电池性能的影响分析近年来，锂离子电池作为一种高能量密度和环保的储能器件，得到了广泛的应用。
在锂离子电池中，电解液是其中一个关键组成部分，决定了电池的性能。
为了进一步提升锂离子电池的性能，研究人员借助添加剂来改善电解液的性能。
本文将对锂离子电池电解液中添加剂的影响进行分析。
首先，添加剂可以改善锂离子电池的循环性能。
在充放电过程中，锂离子电池电解液会发生空化现象，即锂离子在电解液中的浓度不均匀。
这会导致电池容量下降和内阻增加，降低电池的循环寿命。
添加剂可以通过控制锂离子的扩散速率和稳定性，减缓空化现象的发生，从而提高电池的循环性能。
其次，添加剂可以改善锂离子电池的安全性能。
当前锂离子电池由于高能量密度和材料特性的限制，存在着过热、短路和燃烧等安全隐患。
添加剂可以作为界面活性剂，调节电解液与电极之间的相互作用，减少电池内部的过电位和电解液的挥发性，提高电池的安全性能，降低火灾和爆炸的风险。
第三，添加剂可以提高锂离子电池的温度性能。
在低温下，锂离子的迁移和扩散速率会降低，导致电池的性能下降。
通过加入某些添加剂，可以降低电解液的凝固温度，增加电解液的离子传导性，提高锂离子电池在低温下的工作性能。
此外，添加剂还可以改善锂离子电池的充放电性能。
添加剂可以调整电解液的PH值和电化学窗口，提高锂离子电池的电化学稳定性和电池效率。
一些添加剂还可以减少电解液中的气体生成，降低电池的内阻，提高电池的充放电效率和功率密度。
然而，锂离子电池电解液中添加剂的使用也存在一些问题。
首先，添加剂的使用可能会导致电池在高温下的稳定性下降，由于致热反应的发生，增加了电池的自发燃烧和爆炸的风险。
其次，一些添加剂的使用会导致电解液的电导率下降、电池内部结构的破坏和电极材料的腐蚀，影响电池的性能。
总结而言，锂离子电池电解液中添加剂的选择和使用对于提高锂离子电池的性能具有重要意义。
添加剂可以改善电池的循环性能、安全性能、温度性能和充放电性能。
锂离子电池电解液的溶质、有机溶剂、添加剂的研究PPT精选文档
因此必须通过添加剂对锂离 子电池进行过充电保护，提 高其使用的安全性。根据不 同的防过充作用机理，常用 的防过充添加剂可分为氧化 还原添加剂、电聚合添加剂 2类。
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2一甲氧基萘用作锂离子电池过充保护添加剂
采用2一甲氧基萘作为过充保护添加剂，研究了其对磷酸铁锂电池首次充 放电性能 、常温循环性能和过充性能的影响。
图l为分别含 0％、2％、5％、7％2一甲氧基萘添加剂的锂离子电池以
0.05C的电流恒流充电4h，电压上限为3.65V，再用 0.1C的电流再次恒流充电
4h，电压上限为3.65V的电压／容量曲线；开始充电时电压瞬间升至2.25V，然
后上升趋势减缓，出现了一个短暂的小平台，平台结束后，电压瞬间升高至
3.1V，之后电压升势变缓，最终完成充电。
草酸根的五元环发生开环反应形成CO-COOH基团。此开环反应在电池 首次循环中会形成1.5V的充电平台， 造成首次充放电效率降低。
（5）在低温下的循环性能和倍率 性能较好；
（6）热稳定性良好，分解温度高；
（7）易溶解于线形碳酸脂中，所 形成的电解液具有更低的黏度和更 高的润湿性。
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03 PART THREE
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2一甲氧基萘用作锂离子电池过充保护添加剂
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2一甲氧基萘用作锂离子电池过充保护添加剂
本文采用了2一甲氧基萘作为 锂离子电池的添加剂，研究了其 对磷酸铁锂电池电化学性能和耐 过充性能的影响。结果表明添加 5％的 2-甲氧基萘对改善锂离子 电池的耐过充性能具有一定的效 果，同时对电池的电化学性能没 有影响。
02 PART TWO
对锂离子电池电解质溶质的研究
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电解质溶质需要满足以下几点要求:
（1）溶质需要能够完全的溶解在非水溶剂中，并且溶解后的电解液中的 离子(特别是锂离子)需要有足够大的迁移速率。
mof电解液添加剂 锂沉积
mof电解液添加剂锂沉积MOF（金属有机骨架化合物）电解液添加剂是指将金属有机骨架化合物引入锂离子电池电解液中，以改善电池的性能和安全性。
MOF电解液添加剂在锂离子电池中的应用是一个备受关注的研究领域。
首先，MOF电解液添加剂可以提高电池的循环寿命和能量密度。
通过控制MOF的结构和化学成分，可以实现对锂离子的更高容纳量和更稳定的嵌入/脱嵌过程，从而延长电池的循环寿命并提高能量密度。
其次，MOF电解液添加剂还可以提高电池的安全性能。
MOF的高表面积和多孔结构可以吸附电解液中的有害物质，如氟化物离子，从而抑制锂沉积时可能导致的安全隐患，如锂枝晶的形成和电池短路。
此外，MOF电解液添加剂还可以提高电池的导电性能和减小电池内部阻抗，从而提高电池的充放电效率和功率性能。
因此，MOF电解液添加剂对于提高锂离子电池的性能和安全性能具有重要作用。
从应用角度来看，MOF电解液添加剂的研究可以分为材料设计和合成、电池性能测试和机理研究三个方面。
在材料设计和合成方面，研究人员可以通过调控MOF的结构和化学成分，设计出具有良好吸附性能和嵌锂性能的MOF材料。
在电池性能测试方面，研究人员可以通过循环伏安曲线、恒流充放电测试等手段，评估MOF电解液添加剂对电池循环寿命、能量密度和安全性能的影响。
在机理研究方面，研究人员可以通过表征技术如X射线衍射、透射电镜等手段，探究MOF电解液添加剂在锂离子电池中的作用机理，为进一步优化MOF电解液添加剂提供理论基础。
总的来说，MOF电解液添加剂在锂离子电池中的应用具有重要意义，可以通过改善电池的性能和安全性能，推动锂离子电池技术的发展。
然而，目前MOF电解液添加剂在实际工业生产中的应用还面临一些挑战，如材料的大规模合成和工艺的工程化转化等问题，需要进一步的研究和探索。
电解液中添加剂对电池性能的影响研究
电解液中添加剂对电池性能的影响研究电解液中添加剂是电池中不可或缺的重要组成部分，它们对电池性能的影响至关重要。
通过针对不同类型的添加剂，对电解液进行合理的调控，可以显著提高电池的循环稳定性、充放电效率和安全性。
本研究旨在系统探究不同种类、不同浓度的添加剂对电池性能的影响，以期为电池材料研究提供有益的参考。
首先，在锂离子电池中，添加剂通常被用于调节电解液的性质。
研究发现，一些添加剂如丙二醇、磷酸盐等可以提高电池的循环寿命和稳定性。
这是因为这些添加剂可以形成保护膜，阻挡电极材料与电解液之间的不良反应，从而减少电池的循环损耗。
另外，一些添加剂还可以调控电解液的离子导电性和电极界面反应动力学，提高电池的充放电效率。
其次，添加剂对于锌离子电池的性能改善也有着显著的作用。
在锌离子电池中，由于锌的化学性质以及其在充放电过程中易发生枝晶生长和析出问题，限制了电池的循环寿命和能量密度。
然而，适当添加一些有机溶剂、表面活性剂等添加剂可以控制锌离子的扩散和析出行为，有效减缓枝晶生长，提高电池的可充放性和循环寿命。
此外，添加剂也在钠离子电池、锂硫电池等二次电池中发挥着重要的作用。
在钠离子电池中，一些添加剂可以构筑稳定的电解质膜，减小电解液的极化，改善电池的循环性能。
在锂硫电池中，添加剂可以增加硫的溶解度，减小枝晶生长，抑制极间聚集，提高电池的电化学性能。
总之，电解液中的添加剂对于电池性能的影响是多方面的，通过合理设计和选择添加剂，可以有效提升电池的性能和安全性。
未来的研究中，可以进一步探究不同种类添加剂的相互作用机制，优化添加剂的组合比例，开发出更加适用于各种类型电池的电解液配方，为电池技术的发展提供更多的可能性。
锂离子电池电解液的优化及其性能研究
锂离子电池电解液的优化及其性能研究随着电子科技的不断发展，锂离子电池的应用越来越广泛，从智能手机到电动汽车都有它的身影。
而电解液作为锂离子电池的重要组成部分，直接影响着锂离子电池的性能。
因此，研究锂离子电池电解液的优化及其性能是十分必要的。
一、电解液的组成锂离子电池电解液由溶剂、锂盐和添加剂三个部分组成。
其中，溶剂是主要组成部分，一般采用有机溶剂，如碳酸乙烯、二甲基碳酸酯等。
锂盐则是电离的主要来源，不同的锂盐对电解液的性能影响不同。
添加剂是一些辅助组分，如氟化物、硫酸酯等，可起到调节电极反应、提高电极材料电化学稳定性以及优化电解液界面等作用。
二、电解液性能电解液的性能对锂离子电池的运行、寿命、安全性均具有影响。
以下介绍一些常用的电解液性能指标。
1. 锂离子电导率锂离子电导率是指电解液中离子输运的速率。
电解液的离子传递速度越快，电池输出功率就越高。
目前，常用的电解液主要采用含有配位膜的锂盐来提高电解液的离子传递速率。
2. 耐受低温性能电解液在低温下的性能对电池的运行很关键，因为低温下锂离子电池的输出功率和充放电效率均会受到影响。
因此，电解液的耐受低温性能也是重要的考评指标之一。
3. 热稳定性热稳定性是指电解液在高温下的耐受性，也是锂离子电池的一个安全性能指标。
电池在使用过程中，有时会遭受一些温度异常的情况，如果电解液不能够耐受这些极端的高温，则会导致电池安全性能下降。
4. 漏电流漏电流指电池在长时间放置后的失效现象，率先表现在电解液中。
漏电流过大会导致锂离子电池自放电加快、寿命缩短以及安全性下降。
三、电解液的优化为了优化锂离子电池的性能，可从以下几个方向进行电解液的优化。
1. 选择锂盐不同的锂盐具有不同的离子传递能力和溶解度，选择合适的锂盐可提高电解液的导电性能。
2. 利用添加剂添加剂对电解液的粘度、稳定性以及电化学稳定性等方面均有一定作用。
添加适量的添加剂，可有效地提高电解液的性能。
3. 引入浓度梯度电解液传统的锂离子电池中，电解液浓度是均匀分布的。
高压锂离子电池电解液添加剂详解及应用举例
高压锂离子电池电解液添加剂详解及应用举例普通锂离子池电解液在高电压下的氧化分解限制了高压锂离子电池的发展，为了解决这一问题，需要设计、合成新型的耐高压电解液或寻找合适的电解液添加剂。
然而从经济效益考虑，发展合适的电解液添加剂来稳定电极/电解液界面更加受到研究者们的青睐。
本文中介绍了高压锂离子电池电解液添加剂方面的研究进展，并按照添加剂的种类将其分为6部分进行探讨：含硼类添加剂、有机磷类添加剂、碳酸酯类添加剂、含硫添加剂、离子液体添加剂及其它类型添加剂。
含硼添加剂含硼化合物经常作为添加剂应用到不同正极材料的锂离子电池中，在电池循环过程中，很多含硼化合物会在正极表面形成保护膜，来稳定电极/电解液之间的界面，从而提高电池性能。
考虑到含硼化合物的这一独特性能，众多学者开始尝试将其应用到高压锂离子电池中，来增强正极界面稳定性。
Li等将三(三甲基烷)硼酸酶(TMSB)应用到以Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2 作正极材料的高压锂离子电池中，发现当有0.5%(质量分数)TMSB 添加剂存在时，循环200圈后容量保持74%(电位范围2-4.8 V，充放电倍率为0.5 C)，而没有添加剂存在时，容量保持仅为19%。
为了解TMSB对正极表面修饰的作用机制，ZUO 等将TMSB添加到LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2石墨全电池中，并分别对正极材料进行了XPS与TEM分析，得到下图所示的结论：在没有添加剂存在时，随着循环次数的增加，会逐渐在正极表面形成一层有LiF存在的正极电解液界面(CEI)膜，这层膜较厚而且阻抗较高;加入TMSB后，缺电子的含硼类化合物会提高正极表面LiF 的溶解度，形成的SEI膜较薄，阻抗较低。
除了TMSB ，现如今应用到高压锂离子电池中的含硼类添加剂还包括双草酸硼酸锂(LiBOB)、双氟草酸硼酸锂(LiFOB)、四甲基硼酸酯(TMB) 、硼酸三甲酯(TB)以及三甲基环三硼氧烷等，这些添加剂在循环过程中会比电解液溶剂优先被氧化，形成的保护性膜覆盖到正极表面，这层保护性膜具有良好的离子导电性，能抑制电解液在随后的循环中发生氧化分解以及正极材料结构的破坏，稳定电极/电解液界面，并最终提高高压锂离子电池的循环稳定性。
锂离子电池电解液添加剂物性大数据
锂离子电池电解液添加剂物性大数据锂离子电池电解液是锂离子电池中重要的组成部分，它起到传导离子的作用，同时也具有抑制锂离子电池极间反应、提高电池性能的功能。
为了更好地了解锂离子电池电解液添加剂的物性，本文将围绕以下几个方面进行探讨：电解液添加剂的种类、性质和作用机制、物性测试方法以及大数据分析等。
首先，锂离子电池电解液添加剂常见的类型有溶解剂、盐类和添加剂三类。
溶解剂主要是用来溶解盐类和添加剂，它需要具备较高的介电常数、较低的极化度、较高的离子迁移数和较低的粘度等性质。
常用的溶解剂有碳酸酯、醚类、酮类等。
盐类是为了提供锂离子而添加的物质，常用的盐类有锂盐、硫酸盐等。
添加剂则是为了改善电解液性能和稳定性而添加的物质，常见的添加剂有稳定剂、脱脂剂、阻燃剂等。
其次，电解液添加剂的性质和作用机制经过了大量的研究。
其中，电解液的化学稳定性、热稳定性、电化学稳定性等是衡量其质量的重要指标。
此外，添加剂的选择和使用可以显著影响电解液的性能。
稳定剂能够抑制极间反应、降低电池内阻和极化、提高电池循环寿命等。
同时，添加剂还可以改善电解液的溶解性、抑制气体产生、提高锂离子传导性能等。
再者，对电解液添加剂进行物性测试非常重要。
常用的物性测试方法有流变学测试、热分析测试、电化学测试等。
流变学测试可以用来测量电解液的黏度、流变性和介电常数等性质。
热分析测试可以用来研究电解液的热稳定性和热分解性能。
电化学测试则可以用来评估电解液的电化学稳定性和电极反应性能。
最后，通过大数据分析可以对锂离子电池电解液添加剂进行更全面的了解。
大数据分析可以对大量的电解液测试数据进行统计和分析，从而找出电解液添加剂的性能规律和优化方向。
例如，通过大数据分析可以发现其中一种添加剂在不同溶剂中的性能差异，或者其中一种添加剂对锂离子电池循环寿命的影响等。
综上所述，锂离子电池电解液添加剂的物性包括溶解性、稳定性、离子传导性和电化学性能等。
通过物性测试和大数据分析，可以更全面地了解电解液添加剂的性质和作用机制，从而为锂离子电池的研发和生产提供有力的支持。
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厦门大学
硕士学位论文
锂离子电池有机电解液添加剂的性能及分解机理研究
姓名：许杰
申请学位级别：硕士
专业：无机化学
指导教师：王周成
20081201
摘要
近年来，锂离子电池用有机电解液添加剂受到了人们极大关注，它具有用量少、几乎不增加电池成本但却能显著提高电池多方面性能的优良特点。
例如，抑制电解液的分解和改善电池的循环性能、高／低温性能、安全性能等。
添加剂从作用功能上可分为ＳＥＩ膜优化剂、过充电保护添加剂、阻燃添加剂、提高电解液电导率的添加剂和控制电解液中水和酸含量的添加剂等。
本文综述了锂离子电池及所用主要材料的研究进展，并以ＥＣ基电解液为基础电解液，在其中添加了一种ＳＥＩ膜优化剂氟代碳酸乙烯酯（ＦＥＣ），比较了添加剂添加前后对电池性能的影响并对ＦＥＣ的作用机理进行了研究讨论。
本文首先利用量子化学原理通过Ｇａｕｓｓｉａｎ０３软件计算比较了所用基础电解液溶剂和添加剂的前线轨道能量；然后通过电池的充放电测试、电化学分析技术测试了添加剂对电池的比容量、循环性能、倍率性能和阻抗等的影响；最后，通过扫描电子显微技术（ＳＥＭ）表征了添加ＦＥＣ前后石墨化中间相碳微球（ＭＣＭＢ）表面的ＳＥＩ膜形貌，并采用Ｘ．射线能量散射分析仪（ＥＤＳ）、傅立叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）、Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）等表面分析技术对在负极表面形成的ＳＥＩ膜的成分进行了分析，并根据实验结果对ＦＥＣ的分解机理进行了讨论。
主要研究结果如下：（１）通过理论计算，比较得到添加剂ＦＥＣ的最低未占分子轨道（ＬｏｗｅｓｔＵｎｏｃｃｕｐｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ，ＬＵＭＯ）能量比所用基础电解液溶剂ＥＣ、ＤＭＣ、ＥＭＣ的都低，从理论上表明ＦＥＣ可在较溶剂更高的电位发生还原分解；
（２）通过ＭＣＭＢ／Ｌｉ电池的充放电测试，表明了添加剂ＦＥＣ的添加改善了负极／电解液界面的性能，并且提高了电池的负极材料ＭＣＭＢ的比容量、循环性能、倍率性能等，确定了ＦＥＣ的最佳添加浓度为２％（体积比）。
通过ＬｉＭｎ２０４／Ｌｉ电池性能测试表明添加剂ＦＥＣ对ＬｉＭｎ２０４材料的性能没有明显影响，表明添加剂ＦＥＣ适于用作商业化锂二次电池的电解液添加剂。
（３）ＭＣＭＢ电极表面形貌受添加剂的影响很大，未加ＦＥＣ前，电极表面形成的是一层较厚的、粗糙的、不利于锂离子脱嵌的ＳＥＩ膜；而添加ＦＥＣ后，电极表面形成的是一层较为薄的、均一的、利于锂离子脱嵌的ＳＥＩ膜。
（４）ＳＥＩ膜成分分析表明，添加ＦＥＣ后电极表面形成的ＳＥＩ膜以有机物为主，
碳酸锂的含量相对减少，且电解质盐的分解产物减少，ＣＶ、ＳＥＭ结果均证实了ＦＥＣ对电解液的还原分解有一定的抑制作用。
（５）由ＳＥＩ膜成分分析，我们推断ＦＥＣ的还原分解反应是一种开环反应，并由此提出了ＦＥＣ的一种分解反应机理。
关键词：锂离子电池；电极／电解液界面；ＳＥＩ膜优化剂
厦门大学理学硕士学位论文
从结构上分，添加剂可分为无机添加剂和有机添加剂；从物理状态（在标准状况下）上分，添加剂可分为气体添加剂、液体添加剂和固体添加剂；从作用功能上分，锂离子二次电池有机电解液用添加剂主要可分为以下几类：（１）ＳＥＩ膜优化剂；
（２）过充电保护添加剂；
（３）阻燃添加剂：
（４）提高电解液电导率的添加剂；
（５）控制电解液中Ｈ２０和ＨＦ含量的添加剂。
本节下面内容将对以上几类主要添加剂从概念、作用机理、研究状况等方面进行详细讨论。
１．３．１ＳＥＩ膜优化剂
在电池首次充放电过程中，部分有机电解液会在碳负极表面发生还原分解等反应，形成一层电子绝缘、锂离子可导的钝化层，习惯上人们将其称之为固体电解质相界面膜（ＳｏｌｉｄＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＩｎｔｅｒｆａｃｅＦｉｌｍ），简称ＳＥＩ膜。
如果在锂离子电池有机电解液中添加少量的某些物质，其能够在碳负极上优先还原分解而形成ＳＥＩ膜，从而抑制电解液的共插入和还原分解等对电池的破坏，改善碳负极的性能，则这些微量物质被称之为成膜添加剂‘２０１。
而实际上，还有一些化合物，它们的作用是参与形成性能更好的ＳＥＩ膜。
在此，我们则把这些化合物统称为ＳＥＩ膜优化剂。
ＳＥＩ膜优化剂对降低电池在首次充放电循环中不可逆容量损失和提高电池循环性能等作用起着不容忽视的作用。
按反应类型来分，ＳＥＩ膜优化剂主要可分为以下三类：
（１）物理吸附型，这类添加剂通过物理作用吸附在石墨表面的活性点上，抑制溶剂还原。
如一些卤代物、烷类化合物等；
（２）化学反应型，在电池首次充放电时，这类添加剂与溶剂的还原反应中间体或产物发生化学反应，形成更加优良的ＳＥＩ膜。
如Ｃ０２、Ｌｉ２Ｃ０３、一些含氮化合物和含硼化合物等；
（３）电化学反应型，在充电过程中，这类添加剂会消耗部分充电电荷，发生电化学还原反应，如碳酸亚乙烯酯（ＶＣ）、二硫化碳（ＣＳ２）、亚硫酸乙烯酯（ＥＳ）等一。