Εισαγωγή στο 1,3-propenesultone
Η 1,3-propenesultone (PST) είναι ένας ακόρεστος κυκλικός σουλφονικός εστέρας με τον μοριακό τύπο C₃h₆os και ένα μοριακό βάρος 120,13. Έχει σημείο τήξης 83-84 ° C και σημείο βρασμού 118 ° C στα 0,1 mmHg. Πρώτα αναφέρθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1950, το PST περιέχει τόσο έναν διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα όσο και ένα σουλφονικό δακτύλιο, ο οποίος το προωθεί με υψηλότερο δυναμικό μείωσης από 1,3-προπανησία (1,3-PS). Αυτό επιτρέπει στο PST να αποσυντίθεται κατά προτίμηση στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου και να σχηματίζει μια σταθερή ενδιάμεση ηλεκτρολύτη (SEI). [1] Το 2002, η Hibara και οι συνεργάτες της στο Mitsui Chemicals πρότειναν για πρώτη φορά το PST ως πρόσθετο ηλεκτρολύτη για μπαταρίες ιόντων λιθίου. [2] Λόγω της δομικής του ομοιότητας με τα 1,3-PS και ενός συγκρίσιμου μηχανισμού αποσύνθεσης, το PST θεωρείται ως εναλλακτική λύση έναντι 1,3-PS.
Η εφαρμογή 1,3-προπανεστότων σε μπαταρίες ιόντων λιθίου
Ως βασικό πρόσθετο ηλεκτρολύτη, η 1,3-propenesultone (PST) ενισχύει σημαντικά τη συνολική ηλεκτροχημική απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου. Ο υποκείμενος μηχανισμός έγκειται στην ικανότητά του να υποβάλλονται σε προτιμησιακές οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις τόσο στις επιφάνειες της καθόδου όσο και στις επιφάνειες της ανόδου, σχηματίζοντας έτσι μια σταθερή και ομοιόμορφη ενδιάμεση ηλεκτρολύτη (SEI). Οι συγκεκριμένες βελτιώσεις εκδηλώνονται στις ακόλουθες τρεις πτυχές.
1. Καταργεί την παραγωγή αερίου και ενισχύει την απόδοση υψηλής θερμοκρασίας
Ο KJ Nelson και οι συνεργάτες διερεύνησαν την επίδραση του PST σε κύτταρο NCM111/γραφίτη και διαπίστωσαν ότι οι μπαταρίες που περιέχουν 2 % PST δημιούργησαν σημαντικά λιγότερα αέριο κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης και της ποδηλασίας υψηλής θερμοκρασίας από την ομάδα ελέγχου 2 % VC. Το PST χρησιμοποιείται ως πρόσθετο μπαταρίας υψηλής θερμοκρασίας. Το PST μπορεί να βελτιώσει τη σταθερότητα αποθήκευσης στους 60 ° C, να καταστέλλει την αποσύνθεση της τάσης και να συγκρατήσει την αύξηση της σύνθετης αντίστασης κατά την αποθήκευση. [3]
2. Βελτιώστε τη σταθερότητα της καθόδου
Bin Li et αϊ. [4] έδειξαν ότι η 1,3-propenesultone (PST) βελτιώνει τη σταθερότητα των καθόδων limn₂o₄. Κατά τη διάρκεια της ποδηλασίας της απόκλισης φορτίου, η παρουσία του Mn³⁺ ενεργοποιεί το φαινόμενο Jahn -Teller, αποσταθεροποιώντας τη δομή, τη διάσπαση των σωματιδίων και την προώθηση της σοβαρής διάλυσης Mn 3+ , τα οποία υποβαθμίζουν τη διάρκεια ζωής του κύκλου. Τα κύτταρα που περιέχουν 5 % PST σχηματίζουν μια ισχυρή ενδιάμεση κάθοδος-ηλεκτρολύτη που καταστέλλει την έκπλυση του Mn³⁺, ενισχύοντας έτσι τη σταθερότητα της καθόδου και βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση της ποδηλασίας.
3. Συμβατό με κάθοδοι υψηλής χωρητικότητας και μπαταρίες λιθίου υψηλής τάσης
Το πλούσιο σε λίθιο οξείδιο είναι μία από τις πιο ελπιδοφόρες καθόδους που πληρούν τις απαιτήσεις υψηλής ενεργειακής πυκνότητας για τις μπαταρίες του μέλλοντος, αλλά ο μετασχηματισμός της φάσης του από το στρώμα στη δομή του σπινέλ που προκαλείται από την αστάθεια του πλέγματος παρουσιάζει σοβαρή πρόκληση για τη σταθερότητα της ποδηλασίας και την πραγματικά προσβάσιμη ικανότητα. Σε ένα σύστημα που βασίζεται σε πλούσιο σε LI υψηλής τάσης, Wenqiang Tu et al. διαπίστωσε ότι το 2 % PST ενισχύει τη σταθερότητα της πλούσιας σε LI καθόδου, αυξάνει την αρχική χωρητικότητα εκφόρτισης και βελτιώνει σημαντικά την απόδοση ποδηλασίας των μπαταριών ιόντων λιθίου. [5]
Άλλα πεδία
Η 1,3-προπονοσουλτόνη (PST) ενσωματώνει έναν διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα, έναν δακτύλιο πενταμελών και μια ομάδα σουλφονυλίου μέσα σε ένα μόνο μόριο. Το υψηλό δακτύλιο του πενταμελούς κύκλου και η ισχυρή επίδραση που απομακρύνεται από τα ηλεκτρόνια του τμήματος σουλφονυλίου προσδίδουν από κοινού PST με εξαιρετική αντιδραστικότητα, καθιστώντας το πολύτιμο ενδιάμεσο τόσο σε αγροχημικές όσο και σε φαρμακευτικές συνθέσεις. [6]
Αναφορές
[1] Bo Tong, Ziyu Song, Huihai Wan, et αϊ. Οι ενώσεις που περιέχουν θείο ως πρόσθετα ηλεκτρολύτη για μπαταρίες ιόντων λιθίου [J]. Infomat., 2021, 3, 1-29.
[2] Hibara Α, Ishida Τ. Μη υδατικό ηλεκτρολύτη, δευτερογενής μπαταρία χρησιμοποιώντας τον ηλεκτρολύτη και πρόσθετο για ηλεκτρολύτη [P]. JP2002329528A, 2002.
[3] KJ Nelson, Jian Xia, Jr Dahn. Μελέτες της επίδρασης της ποικίλης περιεκτικότητας σε PROP-1-ENE-1,3-SULTONE σε κύτταρα θήκης ιόντων λιθίου [J]. J. Electrochem. Soc., 2014, 161, Α1884-Α1889.
[4] Bin Li, Yaqiong Wang, Haibo Rong, et αϊ. Ένας νέος ηλεκτρολύτης με τη δυνατότητα σχηματισμού μιας στερεής διασύνδεσης ηλεκτρολύτη στην άνοδο και την κάθοδο μιας μπαταρίας limn 2 o 4 /γραφίτη [j]. J. Mater. Chem. Α, 2013, 1, 12954-12961.
[5] Wenqiang Tu, Yucheng Wen, Changchun YE, et αϊ. Μετασχηματισμός φάσης της καθόδου οξειδίου πλούσιου σε λιθίου σε πλήρη κύτταρα και την καταστολή του από στερεά ηλεκτρολυτικά ενδιάμεση φάση σε άνοδο γραφίτη. Energy Environ. Μητήρ. 2020, 3, 19-28.
[6] Yugui Jiang, Yeqin Weng, Chao Zhang. Μια μέθοδος για την παρασκευή 1,3-propenesultone [P]. CN118146188, 2024.
Τεχνικές προκλήσεις και στρατηγικές βελτιστοποίησης για το PST
Όταν το PST χρησιμοποιείται ως το μοναδικό πρόσθετο ηλεκτρολύτη, τείνει να σχηματίζει ένα υπερβολικά παχύ στρώμα SEI στην άνοδο, αυξάνοντας την αντίσταση των κυττάρων.
Τρέχοντα κύρια αντίμετρα:
1.
2. Συν-χρήση με πρόσθετα χαμηλής σύνθετης αντίστασης για να δημιουργηθεί μια λεπτή αλλά ισχυρή υβριδική ενδιάμεση φάση.
3. Λειτουργικός συντονισμός μοριακού σχεδιασμού ή διαλυτοποίησης για περαιτέρω μείωση της αντίστασης μεταφοράς φορτίου.
PST του Cheerchem
Η Cheerchem δεσμεύεται στη συνεχή τεχνική καινοτομία και τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών και έχει αναπτύξει επιτυχώς ένα προϊόν PST με τα ακόλουθα βασικά πλεονεκτήματα:
Εξαιρετική καθαρότητα: σταθερά ≥ 99,5 % .
Αξιόπιστη ποιότητα: Προηγμένη κατασκευή και αυστηρή QC εγγυάται εξαιρετική συνέπεια παρτίδας και μακροχρόνια σταθερότητα.
Ασφαλής προσφορά: Χωρητικότητα μεγάλης κλίμακας και ισχυρή αλυσίδα εφοδιασμού που έχει εξυπηρετήσει τη βιομηχανία λιθίου-μπαστάρ εδώ και χρόνια.
Superior Service: Εκτός από το προϊόν κορυφαίων επιπέδων, προσφέρουμε ταχεία ανταπόκριση και τεχνική υποστήριξη πλήρους φάσματος που υποστηρίζεται από βαθιά τεχνογνωσία εφαρμογών.