CARBONATE DE VINYLENE

Le carbonate de vinylène est utilisé comme additif aux solutions électrolytiques pour les batteries lithium-ion côté anode.
Le carbonate de vinylène agit également comme un agent d'étanchéité pour sceller au moins une partie de l'interface silicone-acide polyvinylique.
Le carbonate de vinylène est également utilisé pour améliorer considérablement les performances de la batterie à haute température.

Numéro CAS : 872-36-6
Numéro CE : 212-825-5
Formule chimique : C3H2O3
Masse molaire : 86,05 g•mol−1

SYNONYMES :
2H-1,3-Dioxol-2-one, 1,3-Dioxolène-2-one, Carbonate de vinyle, CARBONATE DE VINYLÈNE, 1,3-Dioxol-2-one, 872-36-6, 1X0ZZF9WFV, NSC-20980, NSC-47201, DTXSID1074888, LBG-84922, RefChem:901949, DTXCID8048573, 212-825-5, Carbonate de vinyle, 2H-1,3-dioxol-2-one, Acide carbonique, ester vinylique cyclique, MFCD00005380, C3H2O3, Carbonate de vinylène (stabilisé avec du BHT), WLN: T5OVOJ, 25747-73-3, Carbonate de vinylène (contient jusqu'à 2 % de BHT), EINECS 212-825-5, NSC 20980, NSC 47201, BRN 0105683, starbld0011148, UNII-1X0ZZF9WFV, EC 212-825-5, SCHEMBL35245, SCHEMBL992934, SCHEMBL15049055, VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-, Acide carbonique, ester de vinylene cyclique, BB_SC-06550, NSC20980, NSC47201, BBL027517, STL373475, AKOS015855830, CS-W013752, MSK181984-100B, SB66334, SY001314, CYCLIQUE VINYLÈNE ESTER CARBONIQUE ACIDE, DB-056985, NS00005704, V0015, Carbonate de vinylène, pur, ≥ 97,0 % (GC), EN 300-120679, 872V366, A842047, F386738, Solution de carbonate de vinylène dans l'acétone, 100 µg/mL, Q2802973, InChI=1/C3H2O3/c4-3-5-1-2-6-3/h1-2H, Carbonate de vinylène, contient ≤ 2 % de BHT comme stabilisant, 97 %, Carbonate de vinylène, 99,5 %, acide < 200 ppm, H2O < 100 ppm, Carbonate de vinylène, contient 80 ppm de BHT comme stabilisant, 99 %, 1,3-dioxol-2-one, VC, 1,3-DIOXOL-2-ONE, carbonate de vinyle, vinylène carbonate de vinylène, carbonate d'éthylène, 99 %, eau ≤ 50 ppm, stabilisé avec 90 ppm de BHT, 1,3-dioxo-2-one, AVEC HYDROQUINONE, carbonate de vinylène, CARBONATE DE VINYLÈNE, 2H-1,3-dioxol-2-one

Le carbonate de vinylène est un liquide clair, incolore à jaune pâle.
Le carbonate de vinylène, ainsi que la majorité des composés éthylène 1,2- substitués, présente une faible activité dans les réactions de copolymérisation.
La structure du radical carbonate de vinylène détermine sa tendance aux réactions de transfert de chaîne vers un solvant ou une impureté ; ceci conduit à une diminution significative du taux de copolymérisation et du poids moléculaire du copolymère produit.

Le carbonate de vinylène (VC) ou 1,3 - dioxol-2-one, est l'ester d'acide carbonique cyclique insaturé le plus simple.
Le carbonate de vinylène peut également être considéré comme le carbonate cyclique de l'hypothétique (Z)-éthène-1,2 - diol.
La double liaison activée dans cet hétérocycle à cinq chaînons contenant de l'oxygène fait de la molécule un monomère réactif pour l'homopolymérisation et la copolymérisation et un diénophile dans les réactions de Diels-Alder.

En dessous de la température ambiante, le carbonate de vinylène est un solide stable incolore.
La présence de carbonate de vinylène a été signalée chez Microbispora, des données étant disponibles.
Le carbonate de vinylène est un produit de haute pureté (min. 99,99 %) avec une teneur en chlore libre inférieure à 15 ppm.

Le carbonate de vinylène est principalement utilisé pour la production d'électrolytes pour batteries lithium-ion (Li-Ion).
Le carbonate de vinylène est également une matière première/un intermédiaire dans la synthèse organique des matériaux membranaires.
Le carbonate de vinylène revêt une importance particulière pour le secteur en plein développement des batteries et accumulateurs Li-ion.

En tant qu'additif spécialisé pour électrolytes, le carbonate de vinylène favorise la création de membranes lors du processus de formation de films.
Les additifs de ce type améliorent la stabilité en empêchant la formation de dendrites et la dégradation de la solution électrolytique.

Le carbonate de vinylène est un produit important pour l'industrie de l'électronique grand public au sens large, notamment pour la production d'électrolytes pour batteries lithium-ion (Li-Ion), où il est utilisé comme additif favorisant la formation de membranes et précurseur de la polymérisation.

Du fait de la présence de liaisons insaturées dans la structure du carbonate de vinylène, le produit peut également être utilisé dans le processus de polymérisation pour obtenir des membranes et des revêtements protecteurs et séparateurs, ce qui est d'une importance cruciale, par exemple dans la production d'enrobages de capsules (industrie pharmaceutique) ou d'agents fixateurs (industrie des colorants et des pigments).

Le carbonate de vinylène est produit sous forme de liquide clair incolore ayant une odeur caractéristique, stabilisé par l'ajout d'antioxydants et de piégeurs de radicaux libres (BHT 70-110 ppm) pour éviter la polymérisation.
Le carbonate de vinylène se dissout dans l'éthanol, le tétrahydrofurane, le carbonate d'éthylène, le carbonate de propylène, le carbonate de diméthyle et le carbonate de diéthyle (solvants électrolytiques utilisés dans les accumulateurs lithium-ion).

Le carbonate de vinylène (VC), chimiquement connu sous le nom de 1,3-dioxol-2-one, est l'ester d'acide carbonique cyclique insaturé le plus simple avec la formule moléculaire C₃H₂O₃ et une masse molaire de 86,05 g/mol.
Le carbonate de vinylène présente une structure cyclique à cinq membres constituée d'un groupe carbonate intégré à un fragment vinylène (C=C), ce qui le rend très réactif en tant que diénophile dans les réactions de Diels-Alder et en tant que monomère pour la polymérisation.

Le carbonate de vinylène apparaît comme un liquide incolore à jaune pâle à température ambiante, avec une densité de 1,36 g/mL à 20 °C, un point de fusion de 19 à 22 °C, un point d'ébullition de 162 °C et une solubilité limitée dans l'eau (11,5 g/100 mL).
Sa pression de vapeur est faible (3,35 hPa à 25 °C) et le carbonate de vinylène est sensible à l'humidité, nécessitant un stockage entre 2 et 8 °C pour maintenir sa stabilité.

Synthétisé industriellement par déshydrochloration du carbonate de chloroéthylène — lui-même dérivé de la chloration radicalaire du carbonate d'éthylène —, le carbonate de vinylène sert d'intermédiaire clé en synthèse organique.
Ce procédé, décrit pour la première fois en détail dans des recherches menées au milieu des années 1950, consiste à traiter le carbonate de monohaloéthylène avec une base comme la triéthylamine pour éliminer le HCl, ce qui permet d'obtenir du carbonate de vinylène de haute pureté adapté à des applications spécialisées.

Au-delà de son rôle dans la formation de polycarbonates et d'autres polymères via une polymérisation radicalaire ou anionique, le carbonate de vinylène présente une grande polyvalence en tant que synthon dans les fonctionnalisations C–H catalysées par des métaux de transition, permettant la construction d'hétérocycles complexes tels que les indazolo[2,3-a]quinoléines.
Cependant, son importance industrielle principale réside dans l'électrochimie, où le carbonate de vinylène agit comme un additif réactif plutôt que comme un matériau en vrac.

Le carbonate de vinylène est le plus petit ester cyclique insaturé de l'acide carbonique.
Le carbonate de vinylène est utilisé comme additif pour les solutions électrolytiques des batteries lithium-ion et sodium-ion.
Le carbonate de vinylène, ou 1,3- dioxol-2-one, abrégé VC, est l'ester d'acide carbonique cyclique insaturé le plus simple.

Le carbonate de vinylène peut également être considéré comme le carbonate cyclique de l'hypothétique (Z)-éthène-1,2 - diol.
La double liaison activée dans cet hétérocycle à cinq chaînons contenant de l'oxygène fait du carbonate de vinylène un monomère réactif pour l'homopolymérisation et la copolymérisation, et un diénophile dans les réactions de Diels-Alder.

Sous sa forme très pure, le carbonate de vinylène est un solide incolore et stable en dessous de la température ambiante.
Le carbonate de vinylène (VC) est un carbonate cyclique de formule chimique C_4H_4O_3.
Le carbonate de vinylène a été synthétisé pour la première fois au début du XXe siècle et a depuis suscité un intérêt croissant dans diverses applications chimiques.

Le carbonate de vinylène se caractérise par sa structure particulière, qui comprend un groupe carbonyle attaché à un groupe vinylène, ce qui en fait un sujet d'étude intéressant en chimie académique et industrielle.
Le carbonate d'éthylène est la matière première courante pour le carbonate de vinylène depuis sa première description en 1953.

Dans une réaction de photochloration initiée par UV avec du chlore ou du chlorure de sulfuryle à 60–70 °C en masse, du carbonate de monochloroéthylène se forme dans la première étape, qui dans la deuxième étape est converti en carbonate de vinylène ou MTBE, par déshydrochloration par exemple avec de la triéthylamine, éventuellement diluée avec du carbonate d'éthylène, à 40–60 °C.

Au lieu de la phase liquide, la déshydrochloration peut également être réalisée en phase gazeuse sur un contact imprégné de chlorure de zinc dans un réacteur à lit fluidisé à 350–500 °C avec des rendements moyens de 69 % de la théorie.
Cette voie réactionnelle apparemment simple ne donne que 70 à 80 % du rendement théorique en produit final impur en raison d'un grand nombre de réactions secondaires.

Par exemple, la chloration du carbonate d'éthylène en vrac ou en solution produit, entre autres, du 2-chloroacétaldéhyde, des carbonates d'éthylène polychlorés et, par ouverture de cycle, d'autres composés chlorés, dont la séparation du produit final par distillation à l'aide d'un évaporateur à couche mince, recristallisation fractionnée ou fusion de zone est très complexe.

La teneur en sous-produits peut également être réduite en agitant avec du borohydrure de sodium ou de l'urée à température élevée.
La thermolabilité prononcée du carbonate de vinylène est également problématique ; il se décompose en quelques minutes à des températures supérieures à 80 °C.

On peut obtenir du carbonate de vinylène de haute pureté avec des rendements supérieurs à 70 % de la valeur théorique en optimisant les conditions de chloration pour supprimer la formation de sous-produits et en combinant plusieurs procédés de purification doux.
La tendance à la polymérisation du VC liquide est supprimée par l'ajout d'inhibiteurs tels que le butylhydroxytoluène (BHT).

UTILISATIONS ET APPLICATIONS DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène (VC) a été testé comme additif aux solutions électrolytiques pour les batteries Li-ion.
Pour les électrodes modèles, le graphite synthétique a été choisi comme matériau d'anode, tandis que le spinelle LiMn2O4 et le LiNiO2 ont été choisis comme matériaux de cathode.
La solution d'essai était du LiAsF6 1 M dans un mélange 1:1 d'éthylène et de carbonates de diméthyle (EC–DMC).

Le carbonate de vinylène, la chronopotentiométrie, la spectroscopie d'impédance, la microbalance à cristal de quartz électrochimique (EQCM), la spectroscopie FTIR et la spectroscopie photoélectronique X ont été utilisés dans cette étude.
Il a été constaté que le carbonate de vinylène est un additif réactif qui réagit à la fois sur les surfaces de l'anode et de la cathode.

L'influence de cet additif sur le comportement des anodes Li-graphite est très positive, car le carbonate de vinylène améliore leur cyclabilité, notamment à des températures élevées, et réduit la capacité irréversible.
Les études spectroscopiques indiquent que le carbonate de vinylène polymérise sur les surfaces de graphite lithié, formant ainsi des espèces de polyalkylcarbonate de lithium qui suppriment à la fois la réduction du solvant et celle des anions du sel.

La présence de carbonate de vinylène dans les solutions réduit l'impédance des cathodes LiMn2O4 et LiNiO2 à température ambiante.
Cependant, nous n'avons pas encore constaté d'impact significatif du carbonate de vinylène sur le comportement cyclique des cathodes, que ce soit à température ambiante ou à des températures élevées.

Ainsi, le carbonate de vinylène peut être considéré comme un additif souhaitable pour l'anode des batteries Li-ion, sans effet néfaste sur la cathode.
Le carbonate de vinylène est utilisé comme additif aux solutions électrolytiques pour les batteries lithium-ion côté anode.

Le carbonate de vinylène agit également comme un agent d'étanchéité pour sceller au moins une partie de l'interface silicone-acide polyvinylique.
Le carbonate de vinylène est également utilisé pour améliorer considérablement les performances de la batterie à haute température.
Le carbonate de vinylène (VC) peut être utilisé comme additif électrolytique pour l'électrolyte liquide ionique pour la formation de batteries lithium-ion.

Le carbonate de vinylène peut également être utilisé dans la formation d'une interface électrolyte solide hybride (SEI) pour la fabrication de batteries à base de lithium.
Le carbonate de vinylène a été amélioré pour une meilleure efficacité énergétique.

Le carbonate, élément constitutif, est proposé en solution dans l'acétate d'éthyle pour une manipulation plus aisée.
Le carbonate de vinylène peut également être utilisé comme diénophile dans les réactions de Diels-Alder.
Le carbonate de vinylène est utilisé comme additif aux solutions électrolytiques pour les batteries lithium-ion côté anode.

Le carbonate de vinylène agit également comme un agent d'étanchéité pour sceller au moins une partie de l'interface silicone-acide polyvinylique.
Le carbonate de vinylène est également utilisé pour améliorer considérablement les performances de la batterie à haute température.
Le carbonate de vinylène, le plus petit ester cyclique insaturé de l'acide carbonique, est utilisé comme additif dans les solutions électrolytiques des batteries lithium-ion et sodium-ion.

De plus, le carbonate de vinylène présente des propriétés de biocompatibilité, ce qui le rend adapté à diverses applications biomédicales.
Tout en partageant une structure polymère semblable à celle du polyvinylène (PV), le carbonate de vinylène démontre une stabilité supérieure à des températures élevées par rapport au PV.

Cette stabilité thermique accrue élargit les applications potentielles du carbonate de vinylène dans des environnements exigeants.
Le carbonate de vinylène est principalement utilisé comme intermédiaire de synthèse organique ou comme additif dans l'électrolyte des batteries lithium-ion (LIB).
L'ajout de carbonate de vinylène à l'électrolyte peut augmenter considérablement la capacité et la durée de vie de la batterie.

La première publication sur le carbonate de vinylène décrivait sa réaction de Diels-Alder en utilisant l'exemple de sa réaction d'addition avec le 2,3 - diméthylbutadiène à un carbonate bicyclique et l'hydrolyse subséquente en cis-4,5-dihydroxy-1,2-cyclohexène.
Le carbonate de vinylène est largement utilisé comme additif d'électrolyte pour les batteries lithium-ion où il favorise la formation d'un film insoluble entre l'électrolyte et l'électrode négative, l'interface électrolyte solide (SEI).

Ce film polymère, le carbonate de vinylène, permet la conduction ionique, mais empêche la réduction de l'électrolyte à l'électrode négative (graphite) et contribue de manière significative à la stabilité à long terme des batteries lithium-ion.

Une publication de 2013 suggère que le sultone cyclique 3-fluoro- 1,3- propanesultone (FPS) est supérieur au carbonate de vinylène dans la formation de SEI.
3-Fluor-1,3 - propanesultone : Étant donné que le 1,3-propane sultone, sur lequel le FPS est basé, est classé comme une substance cancérogène particulièrement dangereuse, un potentiel de danger important doit également être supposé pour le FPS.

L'application la plus notable du carbonate de vinylène est son utilisation comme additif électrolytique dans les batteries lithium-ion (LIB), où il se réduit préférentiellement à la surface de l'anode pour former une couche d'interface électrolyte solide (SEI) robuste et mince.

Cette SEI, composée de poly( carbonate de vinylène) et de composants inorganiques, passive l'électrode, supprime la décomposition de l'électrolyte et améliore l'efficacité coulombique, la durée de vie du cycle et la stabilité à haute température, éléments essentiels pour les applications dans les véhicules électriques et l'électronique portable.

Des études montrent que même de faibles concentrations (1 à 5 % en poids ) de carbonate de vinylène améliorent considérablement la rétention de capacité en atténuant la croissance des dendrites de lithium et l'instabilité oxydative à haute tension.
Malgré ces avantages, le carbonate de vinylène est extrêmement toxique par contact cutané ou oral, provoquant des irritations de la peau et des yeux, et présente des risques environnementaux en tant que danger chronique pour le milieu aquatique, nécessitant une manipulation soigneuse avec un équipement de protection.

Le carbonate de vinylène (VC) est un additif important dans les batteries lithium-ion, qui joue un rôle crucial dans divers aspects des performances de la batterie.
Le carbonate de vinylène peut être considéré comme le « sang » de la batterie.
Avec le développement continu des batteries lithium-ion, les utilisateurs ont des exigences de plus en plus élevées en matière de performance.

L'utilisation d'additifs dans l'électrolyte de la batterie est une solution importante pour obtenir de meilleures performances.
Parmi les additifs présents dans les électrolytes des batteries lithium-ion, le carbonate de vinylène (VC) est l'additif filmogène organique le plus étudié et le plus idéal.

Il a été rapporté que le carbonate de vinylène peut subir une polymérisation radicalaire à la surface de l'électrode négative en carbone, formant des composés de carbonate de polyalkyle.
Cela inhibe efficacement la réaction de co-insertion des molécules de solvant et n'a aucun effet secondaire sur l'électrode positive.

Des applications pratiques ont démontré que le carbonate de vinylène peut prolonger considérablement la durée de vie des batteries lithium-ion et améliorer leur stabilité de stockage, ce qui en fait un additif électrolytique important pour ces batteries.
Le carbonate de vinylène (C3H2O3) est souvent utilisé comme solvant pour les électrolytes des batteries lithium-ion.

Le carbonate de vinylène est électrochimiquement actif et se décompose à de faibles potentiels anodiques sur des anodes en lithium métallique, formant des espèces polymères qui produisent souvent une interface électrolyte solide souhaitable.
Le carbonate de vinylène est fréquemment utilisé comme co-solvant avec d'autres solvants carbonatés dans les formulations d'électrolyte des batteries lithium-ion afin d'améliorer les performances et la stabilité de la batterie.

Le carbonate de vinylène participe également à la polymérisation par ouverture de cycle pour générer du poly( carbonate de vinylène), un polymère ayant un potentiel dans des applications non électrolytiques telles que les revêtements et les adhésifs.
Cette polymérisation peut être initiée de manière radicale ou par d'autres méthodes, donnant des matériaux avec des liaisons carbonate hydrolysables qui permettent des modifications post-polymérisation.

Les polyoléfines téléchéliques coiffées d'unités de carbonate de vinylène, préparées par polymérisation par métathèse à ouverture de cycle suivie d'une métathèse croisée, servent de précurseurs pour les polyuréthanes sans isocyanate adaptés aux revêtements, adhésifs, mousses et mastics, offrant une alternative durable aux systèmes traditionnels à base d'isocyanate.

Au-delà de sa réactivité directe, le carbonate de vinylène agit comme précurseur de dérivés substitués via des méthodes organocatalytiques, renforçant ainsi sa polyvalence dans les voies de la chimie verte.
Par exemple, les catalyseurs à base de sel d'imidazolium facilitent la synthèse de carbonates de vinylène aryl-substitués à partir de benzoïnes et de carbonate de diphényle, atteignant des rendements jusqu'à 99 % dans des conditions douces (100–130 °C), avec une recyclabilité du catalyseur.

Ces transformations s'inscrivent dans des pratiques durables, comme le démontre le recyclage organocatalytique des déchets de poly( carbonate de bisphénol A) en carbonates de vinylène en utilisant du carbonate de diméthyle comme source de carbonyle, favorisant des approches d'économie circulaire dérivées du CO₂ sans réactifs halogénés.

Le carbonate de vinylène (VC) est un nouveau type d'additif filmogène et d'additif de protection contre la surcharge pour les batteries lithium-ion.
Le carbonate de vinylène peut former une couche de film d'interface électrolyte solide (film SEI) par réaction électrochimique sur la surface de l'électrode négative lors de la charge et de la décharge initiales des batteries lithium-ion, et inhiber efficacement l'incorporation de molécules de solvant.

Le carbonate de vinylène présente de bonnes performances à haute et basse température, et une excellente fonction anti-ballonnement.
Le carbonate de vinylène peut améliorer la capacité et la durée de vie des batteries lithium-ion.
De plus, le carbonate de vinylène peut également être utilisé comme monomère pour la préparation du carbonate de polyvinyle.

-L'application du carbonate de vinylène dans les batteries Li-ion :
Le carbonate de vinylène est un monomère utilisé pour la production de produits techniques importants, par exemple le carbonate de polyvinylène, le glycol de polyvinylène et l'acétal de polyvinylène.
À partir du carbonate de polyvinylène et de ses dérivés, on peut obtenir des fibres à haute résistance, des films et du verre organique résistant aux effets destructeurs, des médicaments prophylactiques contre les rayonnements ionisants et des sorbants sélectifs du bore et d'autres éléments rares.

APPLICATIONS DU CARBONATE DE VINYLENE :
ADDITIF ÉLECTROLYTIQUE POUR BATTERIES
Le carbonate de vinylène (VC) sert d'additif électrolytique clé dans les batteries lithium-ion, généralement incorporé à des concentrations de 1 à 5 % en poids dans des solvants à base de carbonate tels que les mélanges de carbonate d'éthylène/carbonate de diméthyle (EC/DMC), pour favoriser la formation d'une interface électrolyte solide (SEI) stable sur les anodes en graphite via une polymérisation réductrice.

Cet ajout à faible concentration améliore la stabilité interfaciale sans altérer significativement les propriétés de l'électrolyte en vrac.
Le mécanisme repose sur la réduction électrochimique préférentielle du carbonate de vinylène à des potentiels inférieurs à ceux des solvants primaires, initiant l'ouverture du cycle et la polymérisation pour donner une couche de passivation protectrice enrichie en carbonate de lithium (Li₂CO₃) et en composants de poly( carbonate de vinylène).

Ce processus peut être approximé par la réaction :
CV+2e−+2Li+→ poly( VC)+Li2CO3VC+2e − +2Li + →poly(VC)+Li2CO3
L'interface électrolyte solide (SEI) ainsi obtenue présente une conductivité ionique élevée, une flexibilité mécanique et une résistance à la décomposition ultérieure de l'électrolyte, minimisant ainsi la croissance continue et la perte de capacité.

Les principaux avantages comprennent une durée de vie cyclique prolongée dépassant 1000 cycles dans des conditions de haute tension (par exemple, jusqu'à 4,5 V), une dissolution réduite du fer (Fe) des cathodes de phosphate de fer lithié (LFP) pendant le fonctionnement à haute température et la suppression du dégagement gazeux provenant des réactions secondaires.
Dans les cellules LFP/graphite à poche cyclées à 70 °C, l'ajout de carbonate de vinylène à 5 % en poids a considérablement réduit la migration du Fe vers l'anode et limité la dégradation de l'électrolyte, préservant plus de 80 % de la capacité après 500 cycles.

Des recherches récentes menées entre 2024 et 2025 mettent en évidence le rôle du carbonate de vinylène dans l'amélioration de la longévité des cellules à poche sous contrainte thermique, avec une production de gaz réduite (par exemple, C₂H₄) dans des conditions d'utilisation abusive et des performances améliorées dans les anodes mélangées au silicium.
Au-delà du graphite, le carbonate de vinylène favorise la stabilisation de l'interface électrolyte solide (SEI) sur les anodes en silicium, permettant une rétention de capacité élevée dans les cellules complètes, et s'étend aux batteries sodium-ion où il forme des couches protectrices analogues.

Pour les cathodes nickel-manganèse-cobalt (NMC) haute tension fonctionnant au-dessus de 4,2 V, le carbonate de vinylène contribue à une interface électrolyte de cathode (CEI) cohésive, atténuant la reconstruction de surface et la dégradation de capacité à des potentiels ultra-élevés jusqu'à 5,2 V.

En tant qu'additif thermique, le carbonate de vinylène renforce la sécurité en passiveant les interfaces au-dessus de 60 °C, réduisant ainsi les réactions exothermiques dans les cellules complètes.
En 2024, le carbonate de vinylène a conquis le plus grand segment de marché parmi les additifs pour électrolytes de batteries avec une part de 34,9 %, propulsé par la demande croissante de véhicules électriques nécessitant des cellules durables et performantes.

PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène est un nouveau type d'additif filmogène et de protection contre la surcharge pour les batteries lithium-ion.
Le carbonate de vinylène peut former une couche de film d'interface électrolyte solide (film SEI) par réaction électrochimique sur la surface de l'électrode négative lors de la charge et de la décharge initiales des batteries lithium-ion, et inhiber efficacement l'incorporation de molécules de solvant.

Le carbonate de vinylène présente de bonnes performances à haute et basse température, et une excellente fonction anti-ballonnement.
Le carbonate de vinyle peut améliorer la capacité et la durée de vie des batteries lithium-ion.
De plus, le carbonate de vinylène peut également être utilisé comme monomère pour la préparation du carbonate de polyvinyle.

PROPRIÉTÉS DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène (VC) est un ester de carbonate cyclique, réactif et insaturé.
Le rôle du carbonate de vinylène en tant qu'additif a été étudié et la couche interfaciale d'électrolyte solide résultant de sa réduction a été caractérisée par spectroscopie infrarouge.

L'utilisation optimale du carbonate de vinylène est comme composant de revêtements de surface.
Bien qu'il existe des rapports sur les caractéristiques additives du carbonate de vinylène, peu d'études sur les propriétés électriques des films minces obtenus à partir de VC ont été publiées dans la littérature.

Les composés vinyliques ont des applications dans les dispositifs électriques et optiques.
L'étude des propriétés structurales et électriques des couches minces de carbonate de vinylène est donc indispensable à leur application dans divers dispositifs.

De ce point de vue, des études sur les propriétés structurelles et électriques des films minces de carbonate de vinylène polymérisé par plasma (PPVC) ont été entreprises.
Dans cet article, les caractéristiques structurelles par analyse infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et les caractéristiques de densité de courant-tension (J-V) à différentes températures du PPVC sont présentées.

PROCÉDÉS INDUSTRIELS DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène (VC) est principalement produit à l'échelle industrielle par deux voies principales : la déshydrogénation catalytique du carbonate d'éthylène et la chloration-déshydrochloration du carbonate d'éthylène.
Ces procédés sont optimisés pour un fonctionnement continu et un débit élevé afin de répondre à la demande en tant qu'additif électrolytique dans les batteries lithium-ion.

S’appuyant sur des méthodes de laboratoire pour l’optimisation initiale, la production industrielle met l’accent sur l’extensibilité, l’amélioration du rendement et la minimisation des sous-produits.
Une méthode établie consiste en la déshydrogénation en phase vapeur continue du carbonate d'éthylène sur des catalyseurs métalliques supportés, tels que l'oxyde de zinc-oxyde de chrome sur alumine, l'oxyde ferrique sur alumine ou l'argent sur alumine, à des températures de 200 à 550 °C, de préférence de 300 à 400 °C.

Le procédé fonctionne dans un réacteur à flux continu avec de la vapeur de carbonate d'éthylène passée sur le lit de catalyseur à des débits de 1 à 3 grammes par millilitre de catalyseur par heure, souvent avec un diluant inerte comme l'azote pour faciliter la séparation du produit par distillation.
Cette approche en une seule étape évite les intermédiaires chlorés, permettant d'obtenir du carbonate de vinylène de haute pureté avec des rendements substantiels adaptés à une production à grande échelle.

La voie industrielle la plus couramment adoptée est la chloration suivie d'une déshydrochloration.
Le carbonate d'éthylène est d'abord chloré, généralement à l'aide de chlore gazeux sous initiation UV à 60–70 °C, pour former du carbonate de monochloroéthylène, qui est ensuite déshydrochloré avec une amine tertiaire telle que la triéthylamine.

Pour supprimer les réactions secondaires telles que la polymérisation ou la décomposition, la déshydrochloration est effectuée dans des solvants aromatiques comme le chlorobenzène ou, plus efficacement, dans le carbonate d'éthylène lui-même comme solvant, à 40–80 °C pendant 1–4 heures.
Cela permet d'obtenir du VC brut avec un rendement supérieur à 80 %, le produit purifié dépassant 73 % après distillation sous vide.

Les brevets mettent en avant l'utilisation de tels solvants pour améliorer la sélectivité et simplifier la purification, rendant ainsi le procédé économiquement viable pour une production commerciale.
Les progrès récents se concentrent sur des variantes plus écologiques de l'étape de déshydrochloration, utilisant une élimination par amine dans des conditions minimales ou sans solvant afin de réduire l'impact environnemental des solvants chlorés agressifs.

Par exemple, la réalisation de la réaction dans du carbonate de vinylène comme milieu à 30–60 °C, avec éventuellement des piégeurs de radicaux libres, permet d'obtenir des rendements de 73–74 % tout en minimisant les déchets et les sous-produits.
Des optimisations supplémentaires, telles que le contrôle précis de la stœchiométrie des amines dans les solvants organiques, ont permis d'atteindre des rendements bruts supérieurs à 95 %, favorisant ainsi la durabilité de la fabrication du carbonate de vinylène de qualité batterie.

La production mondiale de carbonate de vinylène est axée sur son rôle d'additif pour électrolyte de batterie, le marché étant évalué à environ 0,23 milliard de dollars en 2024 et devant atteindre 0,84 milliard de dollars d'ici 2033, sous l'impulsion de la demande croissante de batteries lithium-ion haute performance.
La production a principalement lieu dans des installations en Asie et en Amérique du Nord, privilégiant les qualités de haute pureté (>99%) pour les applications électrochimiques.

L'un des principaux défis liés à la production et à la manipulation du carbonate de vinylène est sa propension à polymériser sous l'effet de la chaleur, de la lumière ou de la contamination, ce qui peut réduire les rendements et compliquer les étapes de traitement ultérieures.
Ceci est géré en incorporant des stabilisants comme l'hydroxytoluène butylé (BHT) à des niveaux de 80 à 200 ppm pendant la synthèse et le stockage, inhibant efficacement la polymérisation initiée par les radicaux et assurant la stabilité du produit pour le transport et l'utilisation industriels.

 
MÉTHODE DE PRÉPARATION DU CARBONATE DE VINYLENE :
Les méthodes actuelles de préparation du carbonate de vinylène comprennent principalement les étapes suivantes :
En utilisant le carbonate de vinyle comme matière première, on introduit du chlore gazeux sous lumière ultraviolette pour provoquer une réaction de substitution et préparer du chlorocarbonate de vinyle.

En présence d'un solvant organique, faire réagir le chlorocarbonate de vinyle obtenu à l'étape 1 avec de la triéthylamine pour éliminer le chlorure d'hydrogène et générer du carbonate de vinylène.

Distillez et purifiez le mélange obtenu à l'étape 2.
Le solvant organique mentionné à l'étape 2 est le carbonate de diméthyle.

Le carbonate de vinylène est un carbonate cyclique avec un cycle à cinq chaînons et une double liaison CC à l'intérieur du cycle.
Il a été démontré que le carbonate de vinylène possède des propriétés uniques et peut être ajouté à des solutions électrolytiques aqueuses pour améliorer leur capacité de décharge.

SYNTHÈSE DU CARBONATE DE VINYLÈNE :
Méthodes de laboratoire
Le carbonate de vinylène peut être synthétisé à l'échelle du laboratoire par le procédé classique en deux étapes impliquant la photochloration du carbonate d'éthylène suivie d'une déshydrochloration.

Cette méthode, décrite pour la première fois au début des années 1960, reste une approche standard en laboratoire.
Dans la première étape, le carbonate d'éthylène subit une photochloration sélective à l'aide de chlore gazeux sous irradiation ultraviolette pour former la 4-chloro- 1,3- dioxolan-2-one comme intermédiaire monochloré, généralement réalisée à 60-70 °C en vrac ou dans des conditions sans solvant pour minimiser la surchloration.

La réaction se déroule comme suit :
(CH2O )2CO +Cl2−[hv](CH2O)(CHClO)CO+HCl
(CH2O )2CO +Cl2−>hv(CHClO)CO+HCl

Par la suite, l'intermédiaire est traité avec une base telle que la triéthylamine dans un solvant comme le dichlorométhane ou le carbonate d'éthylène à 20–40°C pour éliminer le chlorure d'hydrogène, donnant du carbonate de vinylène avec des rendements globaux de 70 à 80 %.
L'étape de déshydrochloration est représentée par :
(CH2O)(CHClO)CO+Et3N −( CHCH)O2CO+Et3NH+Cl−
(CH2O)(CHClO)CO+Et3N− >( CH=CH)O2CO+Et3NH+Cl−

Cette méthode est largement adoptée dans la recherche en raison de sa mise en œuvre simple et de ses réactifs accessibles, bien qu'un contrôle rigoureux de la sélectivité de la chloration soit essentiel pour éviter les sous-produits dichlorés.
Une voie organocatalytique alternative permet la préparation de carbonates de vinylène substitués directement à partir d'aldéhydes aromatiques et de carbonate de diphényle.

Ce procédé monotope implique une condensation de benzoïne catalysée par un carbène N-hétérocyclique (NHC) de l'aldéhyde pour former un intermédiaire α-hydroxy cétone, suivie d'une transcarbonation avec du carbonate de diphényle, en utilisant la 4-diméthylaminopyridine (DMAP) comme co-catalyseur à 90 °C pendant 16 heures, donnant des rendements de 20 à 99 % en fonction du substituant de l'aldéhyde.
Cette approche est particulièrement utile pour accéder à des analogues diversement fonctionnalisés dans des synthèses à petite échelle sans intermédiaires halogénés.

La purification du carbonate de vinylène à partir des mélanges réactionnels est réalisée par distillation sous pression réduite (point d'ébullition d'environ 162 °C à 760 mmHg, plus bas sous vide) pour isoler le produit des sels et des matières n'ayant pas réagi, suivie d'une recristallisation à partir de solvants comme l'éther diéthylique ou l'acétate d'éthyle pour atteindre une pureté élevée (>99 %).
Ces techniques permettent d'éliminer les impuretés susceptibles d'affecter la réactivité ultérieure dans les applications de recherche.

PROPRIÉTÉS DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène est un liquide transparent incolore ou légèrement jaunâtre.
Point de fusion du carbonate de vinylène : 19-22 ℃ , Point d'ébullition : 162 ℃ , Densité relative (25 ℃ ) : 1,355 g/ml, Point d'éclair : 73 ℃ , Indice de réfraction : 1,42-1,422, Solubilité dans l'eau : 11,5 g/100 ml.

PROPRIÉTÉS CHIMIQUES DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène présente une structure moléculaire dans laquelle un groupe carbonate est directement lié à un groupe vinylène.
Cette configuration confère des propriétés chimiques uniques, notamment la réactivité et la stabilité du carbonate de vinylène.
Le carbonate de vinylène est connu pour subir une polymérisation et peut participer à diverses réactions chimiques telles que l'estérification et la polymérisation.
Les propriétés physiques du carbonate de vinylène comprennent un point de fusion relativement bas et une bonne solubilité dans les solvants organiques, ce qui est avantageux pour son utilisation dans différentes applications.

POLYMÉRISATION ET MATÉRIAUX DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène (VC) sert de monomère réactif dans la polymérisation radicalaire, donnant du poly( carbonate de vinylène) (PVC) avec l'unité répétitive [–CH=CH–OCO₂–] ₙ , qui forme la base des électrolytes polymères solides (SPE) dans les batteries lithium-ion.
Cette polymérisation se déroule généralement par initiation radicalaire, par exemple avec l'azobisisobutyronitrile (AIBN), dans des conditions en masse ou en solution au-dessus de 40 °C, produisant des polymères partiellement solubles et légèrement colorés qui présentent de bonnes propriétés de formation de film.

Dans les applications de batteries, la polymérisation in situ du carbonate de vinylène avec des sels de lithium crée des réseaux réticulés flexibles directement dans la cellule, améliorant la compatibilité interfaciale et permettant des conductivités ioniques de l'ordre de 10⁻⁴ S/cm à température ambiante.

Des variantes de PVC réticulé, en particulier des composites rigides-flexibles incorporant du Li₆.₄Ga₀.₂La₃Zr₂O₁₂ (LLZO) de type grenat, ont été développées pour les batteries tout-solide, où la matrice polymère assure la flexibilité et la charge céramique renforce la résistance mécanique et la stabilité de l'anode en lithium métal.

Ces composites poly( carbonate de vinylène)-LLZO atteignent des conductivités ioniques supérieures à 10⁻⁴ S/cm tout en supprimant la croissance des dendrites, permettant un cyclage stable sur des centaines de cycles à des vitesses modérées.
La réaction in situ peut être représentée comme suit :
Carbonate de vinylène + initiateur (par exemple, AIBN ) + sel de lithium → PVC-LLZO réticulé SPE

Les matériaux à base de PVC présentent une constante diélectrique élevée (environ 10–15) qui facilite la dissociation et le transport des ions lithium, ainsi qu'une stabilité thermique jusqu'à 150 °C, ce qui les rend adaptés à un fonctionnement à haute température.
Les progrès récents comprennent des électrolytes PVC auto-adaptatifs conçus pour la sécurité à haute température dans les batteries lithium-métal à l'état solide, maintenant des performances au-dessus de 100 °C sans accumulation de pression et permettant des cathodes à contrainte nulle grâce à une restructuration adaptative du réseau.

De plus, l'intégration du PVC dans des mélanges de polyacrylate s'est révélée prometteuse pour les batteries au lithium-métal haute tension, avec une stabilité interphase et une rétention de capacité améliorées sur 500 cycles à 4,5 V.
Sur le plan commercial, les électrolytes dérivés du PVC font leur apparition dans les prototypes de batteries à l'état solide, soutenus par des brevets tels que le CN105826603A pour les systèmes polymérisés in situ avec une compatibilité améliorée.

SYNTHÈSE ORGANIQUE DU CARBONATE DE VINYLÈNE :
Le carbonate de vinylène a été synthétisé et décrit pour la première fois en 1953 par Newman et Addor par déshydrochloration du carbonate de chloroéthylène, marquant ainsi son exploration initiale en chimie organique.
Malgré cette découverte précoce, les applications du carbonate de vinylène en chimie organique de synthèse restent confidentielles, sa production commerciale étant limitée en dehors des utilisations liées aux batteries en raison de la prédominance des demandes électrochimiques.

Le carbonate de vinylène joue un rôle clé en synthèse organique en tant que diénophile dans les réactions de Diels-Alder, où sa double liaison C=C déficiente en électrons réagit avec les diènes pour former des carbonates bicycliques.
Ces adduits servent d'intermédiaires polyvalents pour une dérivatisation ultérieure, telle que l'ouverture de cycle ou la manipulation de groupes fonctionnels pour accéder à des structures polycycliques complexes.

Par exemple, le carbonate de vinylène réagit avec le cyclopentadiène dans des conditions thermiques (170–175°C) pour donner le carbonate cyclique endo-7-oxabicyclo[2.2.1]hept-5-ène-2,3-diol avec un rendement de 40 à 55 %, la stéréochimie étant confirmée par les constantes de couplage RMN (J = 14 Hz à 4,9 ppm).
Des analogues substitués, tels que la 4-benzyloxyméthyl-1,3 - dioxol-2-one, subissent de la même manière une cycloaddition avec le cyclopentadiène pour produire des produits bicycliques endo-sélectifs, soulignant l'utilité du composé dans la synthèse stéréocontrôlée.

IDENTITÉ ET PROPRIÉTÉS DU CARBONATE DE VINYLENE :
Nomenclature et structure
Le carbonate de vinylène a pour formule moléculaire C3H2O3C3H2O3.
- dioxol-2-one à cinq chaînons avec une double liaison carbone-carbone positionnée entre les deux atomes de carbone adjacents aux atomes d'oxygène.

Le nom IUPAC préféré pour ce composé est 2H-1,3 - dioxol-2-one.
Parmi les autres noms communs, citons le carbonate de vinylène (souvent abrégé en VC) et la 1,3 - dioxolène-2-one.

Les principaux identifiants du carbonate de vinylène sont le numéro CAS 872-36-6 et le numéro CE 212-825-5, avec une masse molaire de 86,05 g/mol.
Cette molécule peut être considérée comme l'ester cyclique de l'acide carbonique incorporant un groupe vinylène (ou vinylidène).
Le carbonate de vinylène est un analogue déshydrogéné du carbonate d'éthylène.

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène se présente généralement sous forme de liquide clair, incolore à jaune pâle à température ambiante.
Le carbonate de vinylène a un point de fusion compris entre 19 et 22 °C et un point d'ébullition de 162 °C, bien qu'il se décompose au-dessus d'environ 160 °C.
La densité du carbonate de vinylène est de 1,36 g/cm³ à 20 °C, avec un indice de réfraction de 1,421 (n20/D).

Le carbonate de vinylène présente une solubilité d'environ 11,5 g/100 mL dans l'eau et est miscible avec les solvants organiques courants tels que l'acétone et l'éthanol.
Pour éviter une polymérisation indésirable, les préparations commerciales de carbonate de vinylène sont stabilisées avec de l'hydroxytoluène butylé (BHT) à des concentrations de 0,1 % à 2 %.
Le point d'éclair du carbonate de vinylène est de 73 °C (coupelle fermée).

RÉACTIVITÉ CHIMIQUE DU CARBONATE DE VINYLÈNE :
Le carbonate de vinylène présente une réactivité élevée grâce à sa double liaison conjuguée adjacente au groupe carbonyle du carbonate, ce qui active la molécule vis-à-vis des réactions de cycloaddition et de polymérisation.
En tant que diénophile, le carbonate de vinylène participe facilement aux cycloadditions de Diels-Alder avec divers diènes, y compris le cyclopentadiène, formant des adduits bicycliques qui peuvent être hydrolysés en diols tels que les dérivés du 7- oxabicyclo[ 2.2.1]hept-5-ène-2,3-diol.

Cette réactivité provient de la double liaison déficiente en électrons, facilitant la cycloaddition [4+2] dans des conditions douces.
Le carbonate de vinylène subit une polymérisation radicalaire, initiée par des sources de radicaux libres, pour donner du poly( carbonate de vinylène), un polymère comportant un cycle 1,3-dioxolan-2-one intégré dans la chaîne principale.

La polymérisation se déroule par addition sur la double liaison, représentée approximativement par :
nceC3H2O3 →[ −ceCH2−CH<O−C(=O)−O]n
où le < indique la connexion cyclique de -OC(=O)-O- reliant les groupes CH₂ et CH adjacents, l'unité répétitive ayant la formule (C₃H₄O₃)n.

La polymérisation en masse donne souvent lieu à des produits réticulés en raison de réactions de transfert de chaîne, tandis que la polymérisation en solution dans des solvants comme le N ,N- diméthylformamide produit des chaînes solubles de poids moléculaire inférieur.

Le carbonate de vinylène est sensible à l'hydrolyse et à l'ouverture du cycle en présence d'eau ou de bases, notamment d'hydroxydes, où il agit comme un capteur d'eau en consommant rapidement les impuretés.
Ce processus basique, avec une énergie d'activation inférieure à celle du carbonate d'éthylène (~64 kJ/mol), conduit à la scission du cycle et à la formation de fragments dérivés du glycol vinylène (par exemple, des unités –CH₂O– et –CH(OR)₂) parallèlement à l'évolution du CO₂, bien que des polycarbonates puissent également se former simultanément.

La réduction électrochimique du carbonate de vinylène se produit à des potentiels relativement bas, environ 0,8 V vs. Li/Li⁺, amorçant la décomposition pour générer des composants d'interface électrolyte solide (SEI) tels que des polycarbonates sur les surfaces des électrodes.
La décomposition thermique commence à des températures élevées supérieures à 80 °C, avec une décomposition significative entre 150 et 500 °C produisant principalement du CO₂ et de l'oxyde d'éthylène par des voies médiées par la surface.

CARACTÉRISTIQUES DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène est généralement produit sous forme de liquide jaune à brun lors de la production industrielle.
Grâce à des étapes de traitement et de purification appropriées, on peut obtenir un solide fondant à 20–22 °C avec une teneur en chlore inférieure à 10 ppm.
Le carbonate de vinylène liquide jaunit rapidement, même en l'absence de lumière, et doit être stabilisé par l'ajout de piégeurs de radicaux.

Sous forme solide, la substance de haute pureté, le carbonate de vinylène, est stable pendant de longues périodes lorsqu'elle est stockée à une température inférieure à 10 °C.
Le carbonate de vinylène se dissout dans une variété de solvants, tels que l'éthanol, le tétrahydrofurane, le carbonate d'éthylène, le carbonate de propylène et d'autres solvants électrolytiques aprotiques dipolaires pour batteries lithium-ion rechargeables, tels que le carbonate de diméthyle, le carbonate de diéthyle, etc.

PRÉPARATION DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène est produit par la méthode connue consistant à éliminer le chlorure d'hydrogène du carbonate de chloroéthylène glycol au moyen d'amines tertiaires, en particulier la triéthylamine.
Le carbonate de chloroéthylène glycol est obtenu par chloration radicalaire du carbonate d'éthylène glycol au moyen de chlore ou de chlorure de sulfuryle.
Cette synthèse a été publiée pour la première fois en 1953 par Newman et Addor (JACS, 1953, page 1263 ; JACS 1955, page 3789).

SYNTHÈSE DU CARBONATE DE VINYLÈNE :
Procédure générale pour la synthèse du carbonate de vinylidène à partir du carbonate d'éthylène chloré (CEC) : 61,3 kg (500 mmol) de carbonate d'éthylène chloré, 151 kg (1500 mmol) de triéthylamine, 120 kg d'acétate d'éthyle et 61,3 g de p-tert-butylcatéchol ont été ajoutés à un mélangeur et agités jusqu'à dissolution complète.

La solution mixte a été injectée dans un réacteur tubulaire horizontal à un débit de 0,05 m/s, et la température de réaction a été contrôlée à 25-30 °C pendant 100 min.

Une fois la réaction terminée, le chlorhydrate de triéthylamine solide a été éliminé par filtration.
Le filtrat a été lavé avec une solution d'hydroxyde de sodium à 30 % puis chauffé indirectement à la vapeur (0,25 MPa), et la triéthylamine évaporée a été récupérée par un condenseur.

Le filtrat traité a été ajouté au fluide de refroidissement de la section de déchloration et distillé sous pression réduite pour récupérer l'acétate d'éthyle.
Par la suite, une distillation a été effectuée sous une pression contrôlée de 0,098 MPa et les fractions à 160-165 °C ont été collectées pour donner du carbonate de vinylidène avec un rendement de 96,5 % et une pureté GC de 99,5 %.

MÉTHODES DE PURIFICATION DU CARBONATE DE VINYLENE :
Purifier le carbonate de vinylène par fusion de zone ou distillation, et le stabiliser avec 0,5 % de 2,6 - di-tert-butyl-p-crésol.

SYNTHÈSE DU CARBONATE DE VINYLÈNE :
Les premiers travaux sur le carbonate de vinylène décrivent déjà sa polymérisation en masse en un polymère incolore, qui s'hydrolyse en un produit soluble dans l'eau.
Des publications ultérieures suggèrent que les premiers auteurs n'ont produit que des oligomères de faible poids moléculaire.
La préparation de polymères de masse moléculaire plus élevée dotés de propriétés utiles dépend crucialement de la pureté du monomère de carbonate de vinylène.
Le carbonate de vinylène peut être homopolymérisé en masse, en solution, en suspension et en dispersion en utilisant des initiateurs de radicaux tels que l'azobis( isobutyronitrile) (AIBN) ou le peroxyde de benzoyle.
Le carbonate de vinylène peut également être copolymérisé avec d'autres monomères vinyliques tels que la vinylpyrrolidone ou le propionate de vinyle.

POLYMÉRISATION DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de polyvinylène est facilement soluble dans l'acétone et le diméthylformamide.
Les solutions obtenues ont cependant tendance à se décomposer déjà à température ambiante.
La documentation relative aux brevets décrit l'utilisation du carbonate de polyvinyle pour la fabrication de fibres résistantes, de films transparents, incolores et mécaniquement résistants, de membranes pour l'osmose inverse et comme support lors de la chromatographie d'affinité.

Outre son instabilité en solution, le carbonate de polyvinyle a tendance à s'hydrolyser en milieu faiblement alcalin.
Cela forme du polyhydroxyméthylène (PHM) par clivage du cycle carboné, avec l'unité répétitive –( CHOH)–.
Son comportement est beaucoup plus similaire à celui de la cellulose qu'à celui de l'alcool polyvinylique structurellement apparenté avec l'unité répétitive –( CH2–CHOH)–.

Par exemple, les films de polyhydroxyméthylène obtenus par hydrolyse alcaline de films de carbonate de polyvinylène via du méthylate de sodium dans le méthanol sont cristallins et présentent des résistances à la traction élevées.
À l'instar de la cellulose, le polyhydroxyméthylène peut être dissous dans une solution chaude d'hydroxyde de sodium et transformé par réticulation en un polymère hautement gonflable qui peut absorber jusqu'à 10 000 fois son poids en eau.

Le polyhydroxyméthylène est soluble dans l'hydrazine anhydre et peut être transformé en fibres semblables à la cellulose par filage dans l'eau.
Semblable à la cellulose, le polyhydroxyméthylène réagit avec le sulfure de carbone en milieu alcalin pour former un xanthate, à partir duquel on obtient à nouveau du polyhydroxyméthylène insoluble dans l'eau par précipitation dans de l'acide sulfurique dilué.

PROPRIÉTÉS DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de vinylène produit industriellement est généralement un liquide jaune à brun.
Grâce à des étapes de contrôle et de purification appropriées, on peut obtenir un produit solide ayant un point de fusion de 20 à 22 °C et une teneur en chlore inférieure à 10 ppm.

Le carbonate de vinylène liquide jaunit rapidement même en l'absence de lumière et doit être stabilisé par l'ajout de piégeurs de radicaux.
Sous forme solide, cette substance de haute pureté est stable à long terme lorsqu'elle est stockée à une température inférieure à 10 °C.
Le carbonate de vinylène se dissout dans une variété de solvants tels que l'éthanol, le tétrahydrofurane, le carbonate d'éthylène, le carbonate de propylène et d'autres solvants électrolytiques aprotiques dipolaires utilisés pour les batteries rechargeables au lithium-ion tels que le carbonate de diméthyle, le carbonate de diéthyle et autres.

PRÉPARATION DU CARBONATE DE VINYLENE :
Depuis sa première description en 1953, le carbonate d'éthylène est couramment utilisé comme matière première pour le carbonate de vinylène.
Dans la première étape, le carbonate de monochloréthylène est produit dans une réaction de photochloration initiée par UV avec du chlore ou du chlorure de sulfuryle à 60–70 °C en masse.
Dans la deuxième étape, le monochloréthylènecarbonate subit une déshydrochloration avec une base telle que la triéthylamine.

Au lieu d'être réalisée en phase liquide, la déshydrochloration peut également être effectuée en phase gazeuse sur un catalyseur imprégné de chlorure de zinc dans un réacteur à lit fluidisé à 350–500 °C.
Cette réaction, en apparence simple, ne donne que 70 à 80 % de produit final impur en raison de diverses réactions secondaires.

Par exemple, lors de la chloration du carbonate d'éthylène en substance ou en solution, il se forme, entre autres, du 2-chloroacétaldéhyde, du carbonate d'éthylène polychloré et des produits d'ouverture de cycle chlorés.
La séparation des sous-produits du produit final par distillation par évaporateur à couche mince, recristallisation fractionnée ou fusion de zone est très coûteuse.

La teneur en sous-produits peut être réduite en agitant avec du borohydrure de sodium ou de l'urée à température élevée.
Cependant, la purification est compliquée par la thermolabilité prononcée du carbonate de vinylène, car il se décompose à des températures supérieures à 80 °C en quelques minutes.

On peut obtenir du carbonate de vinylène de haute pureté avec des rendements supérieurs à 70 % en optimisant les conditions de chloration pour supprimer la formation de sous-produits et en combinant plusieurs procédés de purification doux.
La tendance du carbonate de vinylène liquide à polymériser est supprimée par l'ajout d'inhibiteurs tels que le butylhydroxytoluène (BHT).

AVANTAGES DU CARBONATE DE VINYLENE :
*Amélioration des performances de la batterie :
L'incorporation de carbonate de vinylène dans les batteries lithium-ion permet d'obtenir de meilleures performances, notamment une meilleure rétention de capacité et une durée de vie cyclique prolongée.
La couche SEI stable formée par le carbonate de vinylène contribue à prévenir la dégradation des matériaux d'électrode, ce qui permet d'obtenir des batteries plus fiables et plus durables.

*Amélioration des propriétés des polymères :
Utilisé en polymérisation, le carbonate de vinylène contribue à la création de polymères aux propriétés mécaniques et chimiques supérieures.
Cela peut permettre d'obtenir des matériaux plus durables et résistants aux facteurs environnementaux, ce qui est crucial pour de nombreuses applications industrielles.

AVANTAGES DU CARBONATE DE VINYLÈNE DANS LES RÉACTIONS CHIMIQUES :
Les propriétés chimiques uniques du carbonate de vinylène lui permettent de participer à une gamme de réactions, offrant ainsi une grande flexibilité en synthèse organique.
Sa capacité à former des intermédiaires stables et des produits finaux fait du carbonate de vinylène un composé précieux dans le développement de nouveaux procédés et produits chimiques.

Synthèse du cis-4,5 - dihydroxy-1,2-cyclohexène
Lorsque le cyclopentadiène est utilisé comme diène, le diol norbornène vicinal bicyclo[ 2.2.1]hept-5-ène-2,3-diol est formé après hydrolyse.
L'oxydation de Swern en 1,2- cétone bicyclo[2.2.1]hept-5-ène-2,3-dione se déroule avec un rendement de 73%.

*Synthèse de la norbornènedione
Sous irradiation UV, les cétones réagissent avec le carbonate de vinylène pour former des exo-oxétanes bicycliques.

*Ajout de vitamine C aux cétones
Avec le sulfure de phosphore( V), le carbonate de vinylène réagit pour donner le vinylènethionocarbonate correspondant (2-thiono-1,3-dioxol-4-ène), qui donne du cétène avec un rendement quantitatif sous irradiation UV.
Cette réaction constitue une bonne alternative à la décomposition des α-diazocétones.

CARBONATE DE VINYLENE : RÉACTIVITÉ, COMPORTEMENT DE POLYMÉRISATION ET LIMITES DE SES MATÉRIAUX À BASE DE POLYMÈRES :
Dès la première publication sur le carbonate de vinylène, les réactions de Diels-Alder ont été décrites en utilisant l'exemple de l'addition au 2,3-diméthylbutadiène pour former le carbonate bicyclique et l'hydrolyse subséquente pour former le cis-4,5-dihydroxy-1,2-cyclohexène.

DU CIS-4,5 - DIHYDROXY-1,2-CYCLOHEXÈNE
Avec le cyclopentadiène comme diène, l'hydrolyse donne le norbornènediol vicinal bicyclo[ 2.2.1]hept-5-ène-2,3-diol.
L'oxydation de Swern en 1,2 - cétone bicyclo[2.2.1]hept-5-ène-2,3-dione se déroule dans la variante avec de l'anhydride trifluoroacétique au lieu du chlorure d'oxalyle avec un rendement de 73 % de la théorie.

NORBORNÉNÉDIONE
Sous irradiation UV, les cétones réagissent avec le carbonate de vinylène pour former des exo-oxétanes bicycliques.

AJOUT DE CARBONATE DE VINYLENE AUX CÉTONES
Le carbonate de vinylène réagit avec le sulfure de phosphore( V) pour donner le vinylènethionocarbonate correspondant (2-thiono-1,3-dioxol-4-ène) qui, sous irradiation UV, donne du cétène avec un rendement quantitatif.
Cette réaction représente une bonne alternative à la décomposition des α-diazocétones.

CHAÎNES EN CARBONATE DE VINYLE
Le carbonate de vinylène est plus largement utilisé comme additif d'électrolyte pour les batteries lithium-ion, où il favorise la formation d'une interface électrolyte solide (SEI), un film insoluble formant une interface solide entre l'électrode négative et l'électrolyte.
Ce film polymère permet la conduction ionique mais empêche la réduction de l'électrolyte à l'électrode négative (graphite) et contribue de manière significative à la stabilité à long terme des batteries lithium-ion.
Des publications récentes suggèrent que le sultone cyclique 3-fluoro-1,3 - propanesultone (FPS) possède des propriétés supérieures au carbonate de vinylène en tant que formateur de SEI.

3-Fluoro-1,3 - propanesultone
Étant donné que le 1,3 - propanesultone sous-jacent au FPS est classé comme une substance cancérogène particulièrement dangereuse, un potentiel de danger considérable doit également être supposé pour le FPS.

Polymères
Le tout premier article sur le carbonate de vinylène décrit la polymérisation en masse en polymères incolores qui étaient solubles dans l'eau après hydrolyse.
Des publications ultérieures suggèrent que les premiers auteurs n'avaient préparé que des oligomères de faible masse molaire.
La pureté du carbonate de vinylène monomère est cruciale pour la production de polymères à masse molaire plus élevée et aux propriétés utiles.
Le carbonate de vinylène peut être homopolymérisé en masse, en solution, en suspension et en dispersion en utilisant des initiateurs radicaux tels que l' azobis( isobutyronitrile) (AIBN) ou le peroxyde de benzoyle, ou copolymérisé avec d'autres monomères vinyliques tels que la vinylpyrrolidone ou le propionate de vinyle.

POLYMÉRISATION DU CARBONATE DE VINYLENE :
Le carbonate de polyvinyle est facilement soluble dans l'acétone et le diméthylformamide.
Cependant, les solutions obtenues ont tendance à se décomposer même à température ambiante.
La documentation relative aux brevets décrit des fibres à haute résistance à la traction, des films transparents, incolores et mécaniquement robustes, des membranes pour l'osmose inverse et des supports pour la chromatographie d'affinité en carbonate de polyvinyle.

Outre son instabilité en solution, la tendance à l'hydrolyse du carbonate de polyvinyle est problématique même dans des environnements faiblement alcalins.
Ce processus implique le clivage du cycle carbonate pour former du polyhydroxyméthylène (PHM) avec l'unité répétitive –( CHOH)–, dont le comportement est beaucoup plus similaire à celui de la cellulose qu'à celui de l'alcool polyvinylique apparenté avec l'unité répétitive –(CH₂-CHOH)–.

HYDROLYSE DU POLYCARBONATE DE VINYLE EN POLYHYDROXYMÉTHYLÈNE :
Les films de polyhydroxyméthylène, obtenus par hydrolyse alcaline de films de polycarbonate de vinyle à l'aide de méthylate de sodium dans du méthanol, sont cristallins et présentent une résistance à la traction élevée.
Semblable à la cellulose, le polyhydroxyméthylène peut être dissous dans une solution chaude d'hydroxyde de sodium et, par réticulation, transformé en un polymère hautement gonflable qui peut absorber jusqu'à 10 000 fois son poids en eau.
Le polyhydroxyméthylène est soluble dans l'hydrazine anhydre et peut être filé en fibres semblables à la cellulose dans l'eau.

Semblable à la cellulose, le polyhydroxyméthylène réagit avec le sulfure de carbone dans des solutions alcalines pour former un xanthate, qui peut être précipité dans de l'acide sulfurique dilué pour donner du polyhydroxyméthylène insoluble dans l'eau.
L’absence de littérature récente, notamment de littérature en matière de brevets, sur le poly-carbonate de vinyle et le PHM suggère que les propriétés des homo- et copolymères obtenus et des pièces moulées produites à partir de ceux-ci pourraient ne pas répondre aux attentes qui y sont exprimées.

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET CHIMIQUES DU CARBONATE DE VINYLENE :
Formule chimique : C3H2O3
Masse molaire : 86,05 g/mol
Aspect : Liquide incolore
Densité : 1,35
Point de fusion : 22 °C
Point d'ébullition : 178 °C
CAS : 872-36-6
Numéro CE : 212-825-5
XLogP3:0.3
Nombre de donneurs de liaisons hydrogène : 0

Nombre d'accepteurs de liaisons hydrogène : 3
Nombre de liaisons rotatives : 0
Masse exacte : 86,000393922 Da
Masse monoisotopique : 86,000393922 Da
Surface polaire topologique : 35,5 Ų
Nombre d'atomes lourds : 6
Inculpation formelle : 0
Complexité : 84,2
Nombre d'atomes isotopiques : 0
Nombre de stéréocentres atomiques définis : 0

Nombre de stéréocentres atomiques indéfinis : 0
Nombre de stéréocentres Bond définis : 0
Nombre de stéréocentres Bond indéfinis : 0
Nombre d'unités liées par covalence : 1
Compound est canonique : Oui
État physique : Liquide
Température de stockage : Réfrigéré (0-10°C)
Stocker sous gaz inerte : Stocker sous gaz inerte
Conditions à éviter : Sensibilité à l'humidité, sensibilité à la chaleur
Numéro d'enregistrement Reaxys : 105683

Identifiant de substance PubChem : 87577815
Numéro MDL : MFCD00005380
Formule empirique : C3H2O3
Couleur : Jaune clair
Odeur : Aucune donnée disponible
Point de fusion : 15 °C
Point d'ébullition : 168 °C
Point d'éclair : 80 °C
Température d'auto-inflammation : 355 °C
Solubilité dans l'eau : 515 g/l à 20,2 °C
Log Pow : -0,36 à 20 °C

Densité : 1,4 g/cm³
Propriétés oxydantes : aucune
Tension superficielle : 73,4 mN/m à 19,9 °C
Numéro CBN : CB9119200
Formule moléculaire : C3H2O3
Masse moléculaire : 86,05
Numéro MDL : MFCD00005380
Fichier MOL : 872-36-6.mol
Point de fusion : 19-22 °C
Point d'ébullition : 162 °C
Densité : 1,360 g/mL à 20 °C

Pression de vapeur : 3,35 hPa à 25 °C
Indice de réfraction : n20 /D 1,421
Point d'éclair : 163 °F
Température de stockage : 2 à 8 °C
Solubilité : 11,5 g/100 mL
Forme : Liquide
Densité relative : 1,355
Couleur : Incolore à jaune pâle
Solubilité dans l'eau : 11,5 g/100 mL
Sensible : Sensible à l'humidité
BRN :105683

InChI :1S /C3H2O3/c4-3-5-1-2-6-3/h1-2H
InChIKey :VAYTZRYEBVHVLE -UHFFFAOYSA-N
SOURIRES :O =C1OC=CO1
LogP : -0,36 à 20 °C
Référence de la base de données CAS : 872-36-6
Scores alimentaires de l'EWG : 1
FDA UNII :1X0ZZF9WFV
Référence chimique NIST : 1,3 -dioxol-2-one
Système d'enregistrement des substances de l'EPA : 1,3- dioxol-2-one
Code UNSPSC : 26111700
NACRES :NA.23

CAS : 872-36-6
Nom IUPAC : 2H -1,3-dioxol-2-one
Formule moléculaire : C3H2O3
Masse moléculaire : 86,05
Synonyme : 1,3- dioxol-2-one
Aspect : Blanc à jaune pâle
Dosage issu du certificat d'analyse du fournisseur : ≥ 97,0 %
Stabilisateur : BHT < 2 %
Forme : Solide fondu ou cristallin à bas point de fusion
Nom du produit : Carbonate de vinyle

Formule chimique : C3H2O3
Synonymes : 1,3 - dioxol-2-one, carbonate de vinyle, acide carbonique, ester vinylique cyclique
Référence : CM1041 : 100 g
Masse moléculaire : 86,05 g/mol
Aspect : Liquide incolore et transparent
Pureté : 99,98 %
Degré de solubilité dans l'eau : 515 g/L à 20 °C
Point de fusion : 15-22 °C
Point d'éclair : 80 °C
Point d'ébullition : 168 °C
Densité : 1,36 g/mL à 25 °C
Pression de vapeur : 335 Pa à 24 °C
Conditions de stockage : 0 -10 °C

PREMIERS SECOURS EN CAS DE CARBONATE DE VINYLENE :
-Description des mesures de premiers secours
*Conseils généraux :
Présentez cette fiche de données de sécurité au médecin présent.
*En cas d'inhalation :
Après inhalation :
De l'air frais.
*En cas de contact avec la peau :
Retirez immédiatement tous les vêtements contaminés.
Rincer la peau avec
eau / douche.
*En cas de contact visuel :
Après le contact visuel :
Rincez abondamment à l'eau.
Appelez un ophtalmologiste.
Retirez vos lentilles de contact.
*En cas d'ingestion :
Après avoir avalé :
Faites immédiatement boire de l'eau à la victime (deux verres au maximum).
Consultez un médecin.
-Indication de toute attention médicale immédiate et de tout traitement spécial nécessaire.
Aucune donnée disponible

MESURES À PRENDRE EN CAS DE LIBÉRATION ACCIDENTELLE DE CARBONATE DE VINYLENE :
-Précautions environnementales :
Ne laissez pas le produit pénétrer dans les canalisations.
- Méthodes et matériaux de confinement et de nettoyage :
Couvrir les drains.
Collecter, retenir et pomper les déversements.
Respectez les éventuelles restrictions relatives aux matériaux.
Prendre à sec.
Éliminer correctement.
Nettoyer la zone touchée.

MESURES DE LUTTE CONTRE L'INCENDIE DU CARBONATE DE VINYLE :
- Moyens d'extinction :
*Moyens d'extinction appropriés :
Dioxyde de carbone (CO2)
Mousse
Poudre sèche
*Moyens d'extinction inadaptés :
Aucune limitation d'agents extincteurs n'est donnée pour cette substance/ce mélange.
-Informations complémentaires :
Empêcher l'eau utilisée pour éteindre les incendies de contaminer les eaux de surface ou les nappes phréatiques.

CONTRÔLE DE L'EXPOSITION/PROTECTION INDIVIDUELLE au CARBONATE DE VINYLENE :
-Paramètres de contrôle :
--Ingrédients soumis à des paramètres de contrôle en milieu de travail :
-Contrôles d'exposition :
--Équipements de protection individuelle :
*Protection des yeux/du visage :
Utilisez un équipement de protection oculaire.
lunettes de sécurité
*Protection du corps :
vêtements de protection
*Protection respiratoire :
Type de filtre recommandé : Filtre A
-Contrôle de l'exposition environnementale :
Ne laissez pas le produit pénétrer dans les canalisations.

MANIPULATION ET STOCKAGE DU CARBONATE DE VINYLENE :
-Conditions de stockage sûr, y compris les éventuelles incompatibilités :
*Conditions de stockage :
Fermé hermétiquement.
Sec.

STABILITÉ et RÉACTIVITÉ DU CARBONATE DE VINYLENE :
-Stabilité chimique :
Le produit est chimiquement stable dans les conditions ambiantes standard (température ambiante).
-Possibilité de réactions dangereuses :
Aucune donnée disponible