Ab Initio Molecular Dynamics of Li-Metal Anode in a Phosphate-Based Electrolyte: Solid Electrolyte Interphase Evolution

反离子 电解质 离解(化学) 材料科学 从头算 离子 无机化学 分子动力学 阳极 化学 化学物理 电化学 物理化学 计算化学 电极 有机化学
作者
Diego E. Galvez‐Aranda,Jorge M. Seminario
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:168 (9): 090528-090528 被引量:1
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ac22ca
摘要

An interfacial study is performed using ab initio molecular dynamics simulations to elucidate the solid-electrolyte interphase (SEI) evolution between an electrolyte, based on trimethyl phosphate (TMP) and lithium bis(fluorosulfonyl)imide (Li+FSI−), and a Li-metal electrode (anode). We found a variety of products due to FSI-counterion dissociation such as Li2O, Li2S, Li3N and LiF, followed by Li2S, Li2O, LiF, Li3NSO2, during the second FSI dissociation, and Li2SO2NSO2 and LiF during the third one; then, the SEI prevents complete dissociation of the FSI as more counter-ions arrive to the interface. We report the electrochemical window stability to identify the energy barriers the electron must overcome to be transferred from the anode to the counter-ions to initiate the FSI dissociation. Using a nanobattery as a symmetrical cell, The anode open-circuit potential increases from −0.39, when there is not SEI, to 1.3 V when there is a SEI formed (in the anode) due to FSI dissociations. A method is presented to scale-up the nano-battery results into a real macro-battery; we identify the number of counter-ions that need to be consumed to obtain a stable SEI in a CR2032 coin battery and a linear extrapolation is performed to scale the SEI thickness as the counterions dissociate.

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