1,3-丙烯磺酸内酯(PST)的介绍

1,3-丙烯磺酸内酯（1,3-Propenesultone, PST）分子式为C₃H₆O₃S，分子量为 120.13，熔点为 83-84℃，沸点为118℃（0.1mmHg）。PST是一种不饱和环状磺酸盐，自20世纪50年代末被首次报道以来，，逐渐受到关注。其分子中的磺酸基团与不饱和双键的结构，赋予了PST具有比1,3-PS更高的还原电位，优先在电极表面分解形成SEI膜^[1]。2002年，三井化学公司的Hibara 等人首次提出将PST用作锂离子电池的电解液添加剂^[2]。由于PST与1,3-PS的结构相近，分解机理相似，其被认定为锂离子电解液添加剂1,3-PS的替代品。

PST的用途

PST在锂电池中的应用

1,3 - 丙烯磺酸内酯(PST)作为一种重要的电解液添加剂，在锂离子电池中发挥着重要作用，能显著提升电池的综合化学性能。作用机制主要在于其能够在正负极表面优先氧化还原，构建稳定、均一的固体电解质界面膜，具体表现主要有以下三个方面。

1. 抑制产气，改善电池高温性能

K. J. Nelson等研究PST在NCM111/C电池体系中的作用发现，添加2%PST的电池在高温储存和循环过程中产气量显著低于含2%VC的对照组。1,3 - 丙烯磺酸内酯(PST)能提高电池高温（60℃）储存的稳定性，能抑制电压衰减和储存过程阻抗的增加。^[3]

2. 强化电池正极稳定性

Bin Li等人^[4]研究了PST改善LiMn₂O₄电池正极稳定性的作用。LiMn₂O₄电池在充放电过程Mn³⁺存在Jahn-Teller效应，造成正材料结构不稳定，颗粒破裂和严重锰溶解行为，影响电池循环性能。而添加了5% 1,3 - 丙烯磺酸内酯(PST)的电池，能在正极形成稳定的界面膜，抑制Mn³⁺溶出，提高正极稳定性，改善电池循环性能。

3. 适配高容量正极，提升高电压性能

高电压富锂锰基正极，因高比容量成为下一代锂电核心材料，但其界面副反应严重，影响电池的循环性能。Wenqiang Tu等人在高电压富锂锰基体系中，添加2%的1,3 - 丙烯磺酸内酯(PST)，可提高富锂锰基正极材料的稳定性，提高电池首次放电容量，提高电池的循环性能。^[5]

其他领域

1,3-丙烯磺酸内酯(PST)的分子结构兼具碳碳双键、五元环及磺酰基团。该五元环的高张力以及磺酰基的强吸电子效应，共同显著提高了分子的反应活性，使其成为重要的农药和医药中间体。^[6]PST被广泛应用于有机合成中，它可以与双烯类化合物发生Diels-Alder反应，也可与硝酮类化合物发生1,3-偶极环加成反应生成含氮类杂环化合物，还可以用于磺胺类化合物的制备。^[7]

参考文献：

[1] Bo Tong, Ziyu Song, Huihai Wan, et al. Sulfur-containing compounds as electrolyte additives for lithium-ion batteries[J]. InfoMat., 2021, 3, 1-29.

[2] Hibara A, Ishida T. Non-aqueous electrolyte, secondary battery using the electrolyte, and additive for electrolyte[P]. JP2002329528A, 2002.

[3] K. J. Nelson, Jian Xia, J. R. Dahn. Studies of the effect of varying prop-1-ene-1,3-sultone content in lithium ion pouch cells[J]. J. Electrochem. Soc., 2014, 161, A1884-A1889.

[4] Bin Li, Yaqiong Wang, Haibo Rong, et al. A novel electrolyte with the ability to form a solid electrolyte interface on the anode and cathode of a LiMn₂O₄/graphite battery[J]. J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 12954-12961. 

[5] Wenqiang Tu, Yucheng Wen, Changchun Ye, et al. Phase transformation of lithium-rich oxide cathode in full cell and its suppression by solid electrolyte interphase on graphite anode. Energy Environ. Mater. 2020, 3, 19-28.

[6] 蒋玉贵, 翁业芹, 张超. 一种1,3-丙烯磺酸内酯的制备方法[P]. CN118146188, 2024.

[7]  刘雪松, 魏万国, 郭记松, 等. 一种1,3-丙烯磺酸内酯的制备方法[P]. CN118878443, 2024.

1,3-丙烯磺酸内酯(PST)的技术挑战与优化

单独使用PST作为锂离子电解液添加剂，其在负极形成的SEI膜较厚，增加电池阻抗。
当前主流策略：
1.精准控制添加量；

2.与低阻抗添加剂协同作用，构筑薄且坚韧的复合界面；

3.通过功能化分子设计或溶剂化结构调控，进一步降低电池阻。

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