Reactivity of Carbonyl-Containing Solid Polymer Electrolytes in Lithium–Metal Batteries from First-Principles Molecular Dynamics

反应性(心理学) 锂(药物) 金属锂 聚合物 材料科学 电解质 金属 分子动力学 快离子导体 无机化学 化学工程 高分子化学 化学 计算化学 物理化学 冶金 电极 复合材料 替代医学 病理 内分泌学 工程类 医学
作者
Liang‐Ting Wu,Jonas Mindemark,Daniel Brandell,Jyh‐Chiang Jiang
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (6): 3636-3646 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsapm.4c03883
摘要

Solid polymer electrolytes (SPEs) are promising candidates for all-solid-state Li-metal batteries (ASSLMBs) due to their high safety and excellent mechanical flexibility. However, the widely used polyethers suffer from low ionic conductivity at ambient temperature and unstable electrode-electrolyte interfaces. In this work, we systematically investigate the reactivities with metallic lithium of three carbonyl-containing polymer-based SPE hosts-a polyketone (POHM), a polyester (PCL), and a polycarbonate (PTeMC)-as potential alternatives to polyethers by means of DFT calculations and AIMD simulations. Our redox potential and frontier orbital analyses indicate that introducing alkoxy oxygens connected to carbonyl groups enhances the electrochemical stability of polyester and polycarbonate, but also increases their reactivity on the Li anode surface. In particular, PTeMC shows higher electron uptake and a lower conduction band when interacting with surface Li. This increased reactivity, however, may also promote the formation of a stable solid electrolyte interphase (SEI), preventing further reduction of the electrolyte. We further summarize the possible decomposition mechanisms of the SPE polymer host and predict the resulting SEI components. The simulations revealed that POHM predominantly undergoes alpha-dehydrogenation and nucleophilic addition-elimination reactions, while PCL exhibits Ccarbonyl-Oalkoxy bond cleavage, producing both saturated and unsaturated lithium alkoxides. In the case of PTeMC, breaking two Ccarbonyl-Oalkoxy bonds can generate two saturated lithium alkoxides and a LixCO species, or it can produce a RCO3Li species and unsaturated hydrocarbons via a Calkoxy-Oalkoxy bond cleavage; these pathways are kinetically favorable and unfavorable, respectively. This work underscores the influence of alkoxy oxygens in carbonyl-containing polymers and provides computational insights for guiding polymer electrolyte design.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
可爱的函函应助孔凡悦采纳,获得10
3秒前
大气烨华发布了新的文献求助10
4秒前
Gavin完成签到,获得积分10
4秒前
小马甲应助舒心的雍采纳,获得10
4秒前
5秒前
虚幻凌晴发布了新的文献求助10
5秒前
hongjian539完成签到 ,获得积分10
5秒前
平凡完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
Galato发布了新的文献求助10
6秒前
Liang发布了新的文献求助10
7秒前
江大橘发布了新的文献求助10
7秒前
无极微光应助坚守采纳,获得20
7秒前
拼搏草莓发布了新的文献求助10
8秒前
KIKO发布了新的文献求助10
10秒前
AdAstra发布了新的文献求助10
10秒前
thx关闭了thx文献求助
11秒前
Bella完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
renee完成签到,获得积分10
13秒前
14秒前
啵啵应助daxiang3采纳,获得10
15秒前
坚守完成签到,获得积分10
16秒前
隐形曼青应助徐小赞采纳,获得10
18秒前
大气烨华完成签到,获得积分10
20秒前
舒心的雍发布了新的文献求助10
20秒前
21秒前
21秒前
孤独曼寒完成签到,获得积分10
23秒前
段落落应助当当采纳,获得10
23秒前
Owen应助singvu6688采纳,获得10
24秒前
灵巧的初柔完成签到,获得积分10
24秒前
无奈的函发布了新的文献求助10
24秒前
24秒前
25秒前
高兴香水发布了新的文献求助10
25秒前
寇砖完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
顾矜应助啥也不会采纳,获得10
25秒前
阳光完成签到,获得积分10
26秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
The anomeric effect 1314
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7736847
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9286332
关于积分的说明 20177623
捐赠科研通 7314787
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3305378
关于科研通互助平台的介绍 2457713
邀请新用户注册赠送积分活动 2314902