固态聚合物电解质中结构与动力学相互作用：基于分子动力学的 LiPF6/聚碳酸酯研究
软凝聚态物质
2026-01-07 v1 化学物理
摘要
固态电池 (SSB) 正在成为下一代电化学能源存储设备。实现 SSB 的高能密度依赖于固态聚合物电解质 (SPE)，而这两项条件在无化学降解的情况下都难以同时满足。在本工作中，采用分子动力学模拟研究了由聚碳酸酯和锂六氟磷 (LiPF) 组成的碳酸酯基 SPE 的结构-动力学关系，盐浓度范围为 0.32-1.21 molkg。在室压下以实验相关温度 K 为条件分析结构属性。由于支配这些系统中离子传输的慢动力学过程无法通过直接分子动力学实现，故在更高温度下模拟传输性质并利用阿仆赫斯行为外推至 K。结果显示，存在强离子关联，自由离子比例有限，且在高盐浓度下呈现负电性团簇。高温下，Li 的自扩散系数超过 PF，因为 Li-碳酸酯和离子-离子相互作用较弱。然而在 K 时，Li 的迁移率低于阴离子，符合 SPE 中典型实验观察。在预期情况下，离子导电率 随温度升高，而在 K 时表现出在盐浓度 1.0-1.1 molkg 区间达到最大值。总体而言，所估算的物理化学参数突显了离子关联在 SPE 中起关键作用，并为优化电解质性能提供了策略。本文所用的阿仆赫斯外推方法为理解固态聚合物电解质中的离子传输机制提供了宝贵见解。
引用
@article{arxiv.2601.02869,
title = {Interplay of Structure and Dynamics in Solid Polymer Electrolytes: a Molecular Dynamics Study of LiPF6/polypropylene carbonate},
author = {Amaury Coste and Thomas Meyer and Claire Villevielle and Fannie Alloin and Stefano Mossa and Benoit Coasne},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.02869},
year = {2026}
}