Highly Concentrated Electrolytes: Electrochemical and Physicochemical Characteristics of LiPF6 in Propylene Carbonate Solutions

电解质 碳酸丙烯酯 溶剂化 碳酸乙烯酯 分析化学(期刊) 锂(药物) 电化学 化学 材料科学 离子 物理化学 有机化学 电极 医学 内分泌学
作者
Gustav Åvall,Joachim Hedberg Wallenstein,Gang Cheng,Kevin L. Gering,Patrik Johansson,Daniel P. Abraham
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:168 (5): 050521-050521 被引量:48
标识
DOI:10.1149/1945-7111/abfdc3
摘要

Highly concentrated electrolytes (HCEs) based on LiPF 6 in propylene carbonate (PC) have been examined as lithium-ion battery electrolytes. These HCEs have lower ionic conductivities and higher viscosities than ethylene carbonate (EC) electrolytes with 1.2 M LiPF 6 , but they have higher Li + ion transference numbers. Electrochemical cycling behaviour of LiNi 0.8 Co 0.015 Al 0.05 O 2 //graphite cells with 3.2 M LiPF 6 in PC resembles that of cells with EC-based electrolytes; the HCE cells have higher impedance, which can be lowered by increasing test temperature. By employing Raman and infrared spectroscopy, combined with density functional theory and ab initio molecular dynamics simulations, we reveal that the Li + solvation structure and speciation are key factors that determine cell performance. Two distinct regimes are observed as a function of salt concentration—in the conventional regime, the solvation number (SN) is mostly constant, while in the HCE regime it decreases linearly. Graphite exfoliation is suppressed only at very high salt concentrations ( > 2.4 M), where [ PC ] free /[Li + ] < 1 and P F 6 f r e e > P C f r e e . Results from the Advanced Electrolyte Model indicate that Li + desolvation improves at higher LiPF 6 concentrations, thereby mitigating PC co-intercalation into the graphite. However, Li + ion transport is hindered in the HCEs, which increases impedance at both the oxide-positive and graphite-negative electrodes.
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