The solvation structure, transport properties and reduction behavior of carbonate-based electrolytes of lithium-ion batteries

电解质 溶剂化 锂(药物) 化学 碳酸盐 离子 无机化学 还原(数学) 碳酸锂 材料科学 电极 有机化学 离子键合 物理化学 心理学 精神科 数学 几何学
作者
Tingzheng Hou,Kara D. Fong,Jingyang Wang,Kristin A. Persson
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (44): 14740-14751 被引量:67
标识
DOI:10.1039/d1sc04265c
摘要

Despite the extensive employment of binary/ternary mixed-carbonate electrolytes (MCEs) for Li-ion batteries, the role of each ingredient with regards to the solvation structure, transport properties, and reduction behavior is not fully understood. Herein, we report the atomistic modeling and transport property measurements of the Gen2 (1.2 M LiPF6 in ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC)) and EC-base (1.2 M LiPF6 in EC) electrolytes, as well as their mixtures with 10 mol% fluoroethylene carbonate (FEC). Due to the mixing of cyclic and linear carbonates, the Gen2 electrolyte is found to have a 60% lower ion dissociation rate and a 44% faster Li+ self-diffusion rate than the EC-base electrolyte, while the total ionic conductivities are similar. Moreover, we propose for the first time the anion-solvent exchange mechanism in MCEs with identified energetic and electrostatic origins. For electrolytes with additive, up to 25% FEC coordinates with Li+, which exhibits a preferential reduction that helps passivate the anode and facilitates an improved solid electrolyte interphase. The work provides a coherent computational framework for evaluating mixed electrolyte systems.
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