氟化醚、非氟化醚和有机碳酸酯基电解质中Li+溶剂结构的计算研究
化学物理
2025-08-27 v2
摘要
理解电解质的溶剂结构对于优化锂离子电池的性能和稳定性至关重要。新型电解质对于增强电解质结构并确保与现代电极系统的更好集成至为重要。本文报道了一种新型弱溶剂醚电解质（WSEE），由纯氟化醚溶剂构成，即使在盐浓度为1 M时也呈现阴离子富集的溶剂结构。为探索这一点，我们选用了先进的氟化溶剂2,2-二氟乙甲醚（FEME），并将其与丙醇醚（DPE）、乙烯碳酸酯（EC）和二乙碳酸酯（DEC）进行比较。所制备的电解质体系包括：DPE配1 M、1.8 M和4 M LiFSI；FEME配1 M、1.8 M和4 M LiFSI；以及含1 M LiPF6的EC/DEC混合液（体积分比1:1）。本文利用分子动力学（MD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算全面研究了Li+的溶剂结构。我们的计算结果表明，DPE和FEME基电解质中均存在大型离子聚集体（AGGs），而在混合EC/DEC电解质中，SSIPs（占68%）为主要物种。值得注意的是，FEME基电解质中大型离子聚集体的形成更为显著。我们发现，类似于DPE，FEME溶剂在所检验的所有盐浓度下均表现出弱的溶剂作用能力。更具体地说，我们发现FEME的溶剂作用能力弱于DPE。该行为由MD模拟预测，表明Li+离子在主要溶剂壳内倾向于与FSI-阴离子配位。此外，针对这些电解质中Li+溶剂结构的量子力学特征，本文在DFT分析中进行了详细考察。我们预计本研究将为DPE、FEME和EC/DEC电解质中Li+溶剂结构提供有价值的见解。
引用
@article{arxiv.2501.11932,
title = {Computational Study of Li+ Solvation Structures in Fluorinated Ether, Non-Fluorinated Ether, and Organic Carbonate-Based Electrolytes at Low and High Salt Concentrations},
author = {Rumana Hasan and Dibakar Datta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.11932},
year = {2025}
}
备注
For the associated GIF file, see: https://github.com/mana121/SolvationStructure/blob/main/results/previewGIF.md