本体有机电解质中锂离子的溶剂化与扩散：基于第一性原理与经典反应分子动力学
材料科学
2015-02-27 v1
摘要
锂离子电池性能受电解质离子电导率的强烈影响，而离子电导率取决于锂离子在电池中迁移的速度并与其溶剂化结构相关。溶剂的选择会极大影响锂离子的溶剂化与扩散率。我们利用第一性原理分子动力学考察了锂离子在本体有机溶剂碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）以及 EC/EMC 混合物中的溶剂化与扩散。我们发现锂离子由溶剂的羰基或醚氧原子溶剂化，有时也由 PF 阴离子溶剂化。无论涉及何种物质，Li 都偏好四面体型配位的第一溶剂化壳层，具体的优选溶剂化结构取决于有机溶剂。此外，我们计算了每种电解质中的锂扩散系数，发现线性碳酸酯 EMC 中的扩散率略大于环状碳酸酯 EC。扩散系数的大小与 Li 溶剂化的强度相关。对 PF 阴离子的相应分析表明，其更大的扩散率与弱束缚、不明确的第一溶剂化壳层有关。这些结果可用于辅助设计新型电解质以提升锂离子电池性能。
引用
@article{arxiv.1502.07708,
title = {Lithium Ion Solvation and Diffusion in Bulk Organic Electrolytes from First Principles and Classical Reactive Molecular Dynamics},
author = {Mitchell T. Ong and Osvalds Verners and Erik W. Draeger and Adri C. T. van Duin and Vincenzo Lordi and John E. Pask},
journal= {arXiv preprint arXiv:1502.07708},
year = {2015}
}
备注
31 pages, 12 figures, Published in the Journal of Physical Chemistry B