1,3-Propenesultoneの紹介
1,3-Propenesultone（PST）は、分子式C₃H₆O₃と分子量が120.13の不飽和サイクリックスルホン酸エステルです。 83-84°Cの融点と0.1 mmHgでの118°Cの沸点があります。 1950年代後半に最初に報告されたPSTには、カーボン - カーボン二重結合とスルホン酸リングの両方が含まれており、1,3-プロパンスルトン（1,3-PS）よりも高い還元電位を備えています。これにより、PSTは電極表面で優先的に分解し、安定した固体電解質間期（SEI）を形成することができます。 [1] 2002年、Mitsui ChemicalsのHibaraと同僚は、リチウムイオン電池の電解質添加剤としてPSTを最初に提案しました。 [2] 1,3-PSとの構造的類似性と同等の分解メカニズムのため、PSTは1,3-PSの代替と見なされます。
リチウムイオン電池に1,3-propenesultoneの適用
重要な電解質添加剤として、1,3-Propenesultone（PST）は、リチウムイオン電池の全体的な電気化学性能を著しく強化します。基礎となるメカニズムは、カソード表面とアノード表面の両方で優先的な酸化還元反応を起こす能力にあり、それにより安定した均一な固体電解質間期（SEI）を形成します。特定の改善は、次の3つの側面に現れます。
1.ガス生成を抑制し、高温性能を向上させます
KJネルソンと同僚は、NCM111/グラファイトセルでのPSTの効果を調査し、2％PSTを含むバッテリーが2％VCコントロールグループよりも高温貯蔵およびサイクリング中に大幅に少ないガスを生成することを発見しました。 PSTは、高温のバッテリー添加剤として使用されます。 PSTは、60°Cで貯蔵安定性を改善し、電圧減衰を抑制し、貯蔵中のインピーダンスの成長を抑制することができます。 [3]
2。カソードの安定性を強化します
Bin Li et al。 [4]は、1,3-Propenesultone（PST）がLimno₄カソードの安定性を改善することを実証しました。電荷 - 退位サイクリング中、Mn³⁺の存在は、Jahn –Teller効果を引き起こし、構造を不安定にし、粒子を破壊し、重度のMn 3+溶解を促進します。 5％PSTを含む細胞は、Mn³⁺浸出を抑制する堅牢なカソード電解質間期を形成し、それによりカソードの安定性を高め、サイクリングパフォーマンスを著しく改善します。
3。大容量のカソードと高電圧リチウム電池と互換性
リチウムが豊富な酸化物は、将来のバッテリーの高エネルギー密度要件を満たす最も有望なカソードの1つですが、格子の不安定性によって引き起こされる層から紡糸体構造への相変換は、サイクリングの安定性と実際にアクセス可能な容量に深刻な課題をもたらします。高電圧LIリッチMNベースのシステムでは、Wenqiang Tu et al。 2％PSTは、Liが豊富なカソードの安定性を高め、初期排出能力を高め、リチウムイオン電池のサイクリング性能を著しく改善することがわかりました。 [5]
他のフィールド
1,3-Propenesultone（PST）には、単一の分子内に炭素と炭素二重結合、5員環、スルホニル基が組み込まれています。 5員サイクルの高い環ひずみと、スルホニル部分の強い電子吸引効果は、PSTを例外性と共同で共同で吸引するため、農薬および医薬品合成の両方で貴重な中間体になります。 [6]
参照
[1] Bo Tong、Ziyu Song、Huihai Wan、et al。リチウムイオン電池の電解質添加剤としての硫黄含有化合物[J]。 Infomat。、2021、3、1-29。
[2] Hibara A、石田T.電解質を使用した非水性電解質、電解質を使用した二次バッテリー、電解質の添加剤[P]。 jp2002329528a、2002。
[3] KJ Nelson、Jian Xia、Jr Dahn。リチウムイオンポーチ細胞におけるProp-1-Ene-1,3-スルタン含有量の変化の効果の研究[J]。 J. Electrochem。 Soc。、2014、161、A1884-A1889。
[4] Bin Li、Yaqiong Wang、Haibo Rong、他Limn 2 O 4 /グラファイトバッテリーのアノードとカソードに固体電解質界面を形成する機能を備えた新しい電解質[J]。 J. Mater。化学。 A、2013、1、12954-12961。
[5] Wenqiang Tu、Yucheng Wen、Changchun Ye、et al。完全な細胞におけるリチウムが豊富な酸化酸化カソードの位相変換と、グラファイトアノード上の固体電解質間期による抑制。エネルギー環境。母性。 2020、3、19-28。
[6] Yugui Jiang、Yeqin Weng、Chao Zhang。 1,3-Propenesultone [P]を準備する方法。 CN118146188、2024。
PSTの技術的課題と最適化戦略
PSTが唯一の電解質添加剤として使用されると、アノードに過度に厚いSEI層を形成する傾向があり、細胞のインピーダンスを上げます。
現在の主流の対策：
1.正確な用量制御。
2。低インピーダンス添加物と共同使用して、薄いが堅牢なハイブリッド間期を構築します。
3.電荷移動耐性をさらに低下させるための機能的分子設計または溶媒和構造の調整。
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