Раствор пирролидиноборогидрида литияCAS #: 144188-76-1

Синонимы

Тригидро-1-пирролидинилборат лития

Формула соединения: C4H11BLiN

Молекулярный вес: 90,89

Внешний вид: Жидкий

Температура плавления: н/д

Температура кипения: н/д

Плотность: 0,890 г/мл

Растворимость в H2O: Н/Д

Точная масса: 91.114459

Масса моноизотопа: 91.114459

Введение продукта: Бис(трифторметансульфонил)имид калия (KTFSI, CAS #: 144188-76-1)

Бис(трифторметансульфонил)имид калия с химической формулой K[N(SO₂CF₃)₂] и номером CAS 144188-76-1 представляет собой усовершенствованную фторированную соль, которая получила известность в системах хранения энергии нового поколения и специальных химических приложениях. Это белое кристаллическое соединение, состоящее из катионов калия (K⁺) и бис(трифторметансульфонил)имидных анионов ([N(SO₂CF₃)₂]⁻), сочетает в себе исключительную термическую стабильность, высокую ионную проводимость и химическую инертность — свойства, которые устраняют ключевые ограничения традиционных калиевых солей, таких как гексафторфосфат калия (KPF₆). По мере роста спроса на высокопроизводительные калий-ионные аккумуляторы (PIB) и безопасные электролитные системы, KTFSI стал критически важным материалом, обеспечивающим уникальный баланс производительности, совместимости и устойчивости к воздействию окружающей среды.

Химические и физические свойства

Молекулярная структура KTFSI, характеризующаяся двумя трифторметансульфонильными группами, связанными с центральным атомом азота, наделяет его отличительными свойствами:

Растворимость: Хорошо растворяется в полярных органических растворителях, таких как этиленкарбонат (EC), диметилкарбонат (DMC) и ацетонитрил, образуя электролиты с концентрацией до 1,5 M. Такая растворимость обеспечивает ионную проводимость 12–16 мСм/см в оптимизированных смесях, превосходя KPF₆ в системах с высокой мощностью. Он также труднорастворим в неполярных растворителях, что обеспечивает универсальность в схеме реакции.

Термическая стабильность: Демонстрирует исключительную термическую стабильность, разлагаясь при температуре выше 350°C, что намного выше, чем KPF₆ (разлагается при >200°C) и многих других солях калия. Такая стабильность сводит к минимуму риск теплового разгона в аккумуляторах и высокотемпературных промышленных процессах.

Гигроскопичность: Низкая гигроскопичность по сравнению с KPF₆, с минимальной реакцией с влагой даже при относительной влажности 60%. Это упрощает производство и хранение, снижая потребность в строгом контроле влажности (допуск по влажности до 300 ppm в электролитах).

Плотность и структура: Имеет плотность 2,3 г/см³ и молярную массу 381,3 г/моль, со слоистой кристаллической структурой, которая способствует эффективной диссоциации и транспортировке ионов в растворе.

Электрохимическое окно: Обладает широким окном электрохимической стабильности до 5,0 В по сравнению с K⁺/K, совместимо с высоковольтными катодами PIB, такими как гексацианоферрат марганца калия и K₂Ni[Fe(CN)₆], что позволяет создавать батареи с плотностью энергии, превышающей 300 Вт·ч/кг.

Основные области применения

Бис(трифторметансульфонил)имид калия (CAS 144188-76-1) произвел революцию в области хранения энергии и специальной химии:

Калий-ионные аккумуляторы (PIB): служит в качестве соли электролита премиум-класса в PIB, где его высокая проводимость и стабильность увеличивают срок службы и производительность. В лабораторных испытаниях электролиты на основе KTFSI позволяют PIB с твердыми углеродными анодами достигать 4000+ циклов с сохранением емкости 85%, что почти вдвое увеличивает срок службы систем на основе KPF. Его способность образовывать прочный межфазный слой твердого электролита (SEI), богатый фторидом калия (KF) и органическими фторидами, сводит к минимуму разложение электролита и рост дендритов.

Синтез ионных жидкостей: действует как прекурсор при приготовлении ионных жидкостей на основе калия, которые используются в качестве негорючих электролитов в высокотемпературных батареях и в качестве зеленых растворителей в химическом синтезе. Эти ионные жидкости демонстрируют низкую летучесть и высокую термическую стабильность, что делает их пригодными для промышленных процессов, требующих контроля температуры до 200 °C.

Электрохимические устройства: используются в суперконденсаторах и топливных элементах для улучшения подвижности ионов и снижения внутреннего сопротивления. В суперконденсаторах на основе калия электролиты KTFSI увеличивают плотность мощности на 30% по сравнению с традиционными водными электролитами, поддерживая приложения с быстрой зарядкой.

Органический синтез: Функционирует как катализатор кислоты Льюиса в реакциях фторирования и сульфонилирования, способствуя синтезу фармацевтических промежуточных продуктов и агрохимикатов с высокой селективностью (до 98% выхода). Его инертный анион сводит к минимуму побочные реакции, что делает его идеальным для чувствительного хирального синтеза.

Материаловедение: используется при получении проводящих полимеров и иономеров, где его ионная проводимость улучшает характеристики мембран топливных элементов и гибкой электроники. При легировании в полианилин он увеличивает электропроводность до 50 См/см, что позволяет использовать его в носимых датчиках.

Преимущества и ограничения

KTFSI имеет значительные преимущества по сравнению с традиционными калийными солями с некоторыми соображениями:

Профиль безопасности: превосходная термическая стабильность и низкая токсичность снижают риск возгорания и взрыва в батареях, что делает его идеальным для бытовой электроники и хранения в сети. Его низкое образование HF при гидролизе (по сравнению с KPF₆) сводит к минимуму коррозию компонентов и оборудования аккумуляторов.

Эксплуатационные показатели: Более высокая ионная проводимость и более широкое электрохимическое окно обеспечивают более высокую плотность энергии и мощности, устраняя ключевые узкие места в коммерциализации PIB. Его совместимость с анодами на основе кремния (которые обеспечивают более высокую емкость, чем твердый углерод) еще больше расширяет возможности конструкции аккумуляторов.

Экологическая совместимость: По сравнению с перфторированными соединениями с длинными углеродными цепями, KTFSI демонстрирует более низкий потенциал биоаккумуляции, что соответствует нормативным тенденциям в сторону более безопасных фторхимических веществ.

Ограничения: Более высокие производственные затраты по сравнению с KPF₆ (примерно в 4–5 раз) из-за сложного синтеза, что ограничивает широкомасштабное внедрение в приложениях, чувствительных к стоимости. Несмотря на то, что он менее гигроскопичен, чем KPF₆, он все же требует сухой обработки для поддержания чистоты в реакциях, чувствительных к влаге.

Синтез и контроль качества

KTFSI производится с помощью многоступенчатых процессов для обеспечения высокой чистоты:

Сульфонилирование: трифторметансульфонилфторид (CF₃SO₂F) реагирует с аммиаком (NH₃) с образованием бис(трифторметансульфонил)амина (H[N(SO₂CF₃)₂]).

Потассия: амин нейтрализуется гидроксидом калия (KOH) или карбонатом калия (K₂CO₃) в безводном растворителе: H[N(SO₂CF₃)₂] + KOH → K[N(SO$��CF₃)₂] + H₂O.

Очистка: Рекристаллизация из безводного ацетонитрила или диметилформамида (ДМФА) удаляет примеси, достигая чистоты аккумуляторного уровня (>99,9%) при концентрации ионов металлов <1 ppm.

Контроль качества включает в себя:

Ионная хроматография для проверки чистоты анионов и обнаружения остаточных сульфатов или фторидов.

Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) для измерения следов металлов (Fe, Na, Ca <0.5 ppm).

Термогравиметрический анализ (ТГА) для подтверждения термической стабильности (начало разложения >350°C).

Безопасность и управляемость

Правильное обращение с КТФСИ обусловлено его химическими свойствами:

Токсичность: Низкая острая токсичность, но вдыхание пыли или контакт с влагой может привести к высвобождению следовых количеств HF, вызывая легкое раздражение. Хроническое воздействие ионов фтора может повлиять на здоровье костей, что требует соблюдения предельных значений профессионального воздействия (например, 2,5 мг/м³ для фтора в США).

Обращение: Использование в хорошо вентилируемых вытяжных шкафах с уровнем влажности <10% RH. Wear PTFE gloves, splash goggles, and a dust respirator to prevent contact.

Хранение: Хранить в герметичных, влагонепроницаемых контейнерах (например, из нержавеющей стали или полиэтилена высокой плотности) в прохладном, сухом месте, отдельно от сильных кислот и восстановителей.

Утилизация: классифицируется как опасные отходы из-за содержания фтора; утилизировать в соответствии с местными нормативными актами (например, EPA RCRA в США). Нейтрализуйте разливы с помощью карбоната кальция с образованием нерастворимого CaF₂.

Подробные протоколы действий в чрезвычайных ситуациях см. в паспорте безопасности продукта (SDS).

Упаковка и доступность

KTFSI доступен в формах, адаптированных к исследовательским и производственным потребностям:

Класс аккумулятора: герметичные алюминиевые бочки от 1 кг до 25 кг с продувкой аргоном, подходящие для производства электролита.

Исследовательский класс: бутылки 100–5 кг в влагонепроницаемой упаковке для лабораторного использования, со сверхнизким содержанием металлических примесей.

Форма раствора: Предварительно растворенный в смесях органических растворителей (например, 1,0 М в EC/DMC) в контейнерах объемом 1–20 л для немедленного использования в сборке аккумуляторов.

Мировое производство возглавляют производители из Китая, Японии и Европы, годовая мощность которых превышает 300 тонн и растет для удовлетворения спроса на PIB. Марки высокой чистоты (99,99%) доступны для применения в современной электронике и катализе.

Для получения технических спецификаций, индивидуальных рецептур или информации о цепочке поставок свяжитесь с нашей командой, специализирующейся на современных электролитах и фторсодержащих материалах.

Информация по охране труда и технике безопасности

Сигнальное слово: Опасность

Предупреждения об опасностях: H225-H319-H335

Коды опасностей: F,Xi

Коды рисков: 11-19-36/37

Заявления по технике безопасности: 16-26

Номер RTECS: Н/Д

Информация о перевозке: No ООН 3399 4.3/ГУ 1

WGK Германия: 3

Химические идентификаторы

Линейная формула: C4H11BLiN

Pubchem CID: 23697345

Номер MDL: MFCD07784406

Номер ЕС: Н/Д

Название ИЮПАК: литий; пирролидин-1-илборануид

УЛЫБАЕТСЯ: [Li+]. [ВН3-]N1CCCC1

Идентификатор InchI: InChI=1S/C4H11BN. Li/c5-6-3-1-2-4-6;/h1-4H2,5H3;/q-1;+1

Клавиша inchI: CUBZYJJJUFGOBJ-UHFFFAOYSA-N

Упаковка стандартной упаковки:

Типичная оптовая упаковка включает в себя паллетированный пластик 5 галлонов/25 кг. ведра, бочки с фиброй и сталью до 1 тонны супермешков в полных контейнерах (FCL) или грузовиках (T/L). Исследуемые и отобранные количества, а также гигроскопичные, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут быть упакованы в условиях аргона или вакуума. Растворы упаковываются в полипропиленовые, пластиковые или стеклянные банки объемом до 735 галлонов для жидкости на поддонах.