Einführung in 1,3-Propenesultone
1,3-Propenesulton (PST) ist ein ungesättigter cyclischer Sulfonatester mit der molekularen Formel C₃h₆o₃s und einem Molekulargewicht von 120,13. Es hat einen Schmelzpunkt von 83-84 ° C und einen Siedepunkt von 118 ° C bei 0,1 mmHg. PST, erstmals in den späten 1950er Jahren berichtet, enthält sowohl eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung als auch einen Sulfonatring, der sie mit einem höheren Reduktionspotential als 1,3-Propanesulton (1,3-Ps) ausgibt. Dies ermöglicht es PST, bevorzugt auf der Elektrodenoberfläche zu zersetzen und eine stabile feste Elektrolyt -Interphase (SEI) zu bilden. [1] Im Jahr 2002 schlugen Hibar und Mitarbeiter bei Mitsui Chemicals zum ersten Mal PST als Elektrolyt-Additiv für Lithium-Ionen-Batterien vor. [2] Aufgrund seiner strukturellen Ähnlichkeit mit 1,3-Ps und einem vergleichbaren Zersetzungsmechanismus wird PST als Alternative zu 1,3-Ps angesehen.
Die Anwendung von 1,3-Propenesulton in Lithium-Ionen-Batterien
Als Schlüssel-Elektrolyt-Additiv verbessert 1,3-Propenesulton (PST) die allgemeine elektrochemische Leistung von Lithium-Ionen-Batterien deutlich. Der zugrunde liegende Mechanismus liegt in seiner Fähigkeit, sowohl auf Kathoden- als auch auf Anodenoberflächen bevorzugte Redoxreaktionen zu unterziehen, wodurch eine stabile und gleichmäßige feste Elektrolytinterphase (SEI) bildet. Die spezifischen Verbesserungen zeigen sich in den folgenden drei Aspekten.
1. Unterdrückt die Gaserzeugung und verbessert die Leistung der Hochtemperatur
KJ Nelson und Mitarbeiter untersuchten den Effekt von PST in NCM111/Graphit-Zelle und fanden heraus, dass Batterien, die 2 % PST enthielten, während der Hochtemperaturspeicherung und des Zyklus mit 2 % VC-Kontrollgruppe signifikant weniger Gas erzeugten. PST wird als Hochtemperatur -Batteriezusatz verwendet. PST kann die Speicherstabilität bei 60 ° C verbessern, den Spannungsverfall unterdrücken und das Impedanzwachstum während der Lagerung einschränken. [3]
2. Verbesserung der Kathodenstabilität
Bin Li et al. [4] zeigten, dass 1,3-Propenesulton (PST) die Stabilität von Limn₂o₄-Kathoden verbessert. Während des Ladungs -Entladungs -Radfahrens löst das Vorhandensein von Mn³⁺ den Jahn -Teller -Effekt aus, destabilisiert die Struktur, die Bruchpartikel und die Förderung einer schweren Mn 3+ -Schauflöhne, die alle Lebenszykluslebensdauer beeinträchtigen. Zellen, die 5 % PST enthalten, bilden eine robuste Kathoden-Elektrolyt-Interphase, die Mn³⁺-Auslaugung unterdrückt, wodurch die Kathodenstabilität verbessert und die Zyklusleistung deutlich verbessert wird.
3.. Kompatibel mit Kathoden mit hoher Kapazität und Hochspannungs-Lithiumbatterien
Lithiumreiches Oxid ist eine der vielversprechendsten Kathoden, die die Anforderungen an die hohe Energiedichte für Batterien der Zukunft erfüllen. Die durch die Gitterinstabilität verursachte Phasenumwandlung von Schicht zu Spinellstruktur stellt jedoch eine schwere Herausforderung für die Zyklusstabilität und die tatsächlich zugängliche Kapazität dar. In einem Hochspannungs-Li-reichen Mn-basierten System haben Wenqiang Tu et al. fanden heraus, dass 2 % PST die Stabilität der Li-reichen Kathode erhöht, die anfängliche Entladungskapazität erhöht und die Radsportleistung von Lithium-Ionen-Batterien deutlich verbessert. [5]
Andere Felder
1,3-Propenesulton (PST) enthält eine Doppelbindung mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppel, einen fünfgliedrigen Ring und eine Sulfonylgruppe innerhalb eines einzelnen Moleküls. Der hohe Ringstamm des fünfgliedrigen Zyklus und der starke Elektronen-With-Drawing-Effekt der Sulfonyleinheit verleihen PST gemeinsam mit außergewöhnlicher Reaktivität und machen ihn sowohl in agrochemischen als auch in pharmazeutischen Synthesen zu einem wertvollen Zwischenprodukt. [6]
Referenzen
[1] Bo Tong, Ziyu Song, Huihai Wan et al. Schwefelhaltige Verbindungen als Elektrolyt-Additive für Lithium-Ionen-Batterien [J]. Infomat., 2021, 3, 1-29.
[2] Hibar A, Ishida T. Nichtwässriger Elektrolyt, sekundäre Batterie unter Verwendung des Elektrolyten und Additiv für Elektrolyt [P]. JP2002329528a, 2002.
[3] KJ Nelson, Jian Xia, Jr. Dahn. Untersuchungen der Auswirkung des unterschiedlichen Gehalts über prop-1-en-1,3-Sulton in Lithium-Ionen-Beutelzellen [J]. J. Electrochem. Soc., 2014, 161, A1884-A1889.
[4] bin Li, Yaqiong Wang, Haibo Rong, et al. Ein neuartiger Elektrolyt mit der Fähigkeit, eine feste Elektrolytgrenzfläche auf der Anode und der Kathode einer Limn 2 O 4 /Graphit -Batterie [j] zu bilden. J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 12954-12961.
[5] Wenqiang Tu, Yucheng Wen, Changchun Ye, et al. Phasentransformation von Lithium-reichen Oxidkathoden in voller Zelle und deren Unterdrückung durch feste Elektrolyt-Interphase an Graphitanode. Energieumwelt. Mater. 2020, 3, 19-28.
[6] Yugui Jiang, Yeqin Weng, Chao Zhang. Eine Methode zur Herstellung von 1,3-Propenesulton [P]. CN118146188, 2024.
Technische Herausforderungen und Optimierungsstrategien für PST
Wenn PST als einziger Elektrolyt -Additiv verwendet wird, neigt es dazu, eine übermäßig dicke SEI -Schicht auf der Anode zu bilden, wodurch die Zellimpedanz erhöht wird.
Aktuelle Mainstream -Gegenmaßnahmen:
1. präzise Dosierungskontrolle;
2. Verwenden Sie mit niedrigen Impedanz-Additiven eine dünne, aber robuste Hybridinterphase;
3.. Funktionelle molekulare Konstruktion oder Solvatationsstrukturabstimmung, um die Ladungstransferresistenz weiter zu reduzieren.
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