Modeling Electrochemical Decomposition of Fluoroethylene Carbonate on Silicon Anode Surfaces in Lithium Ion Batteries

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作者
Kevin Leung,Susan Rempe,Michael E. Foster,Yan Ma,Julibeth M. Martinez del la Hoz,Na Sai,Perla B. Balbuena
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:161 (3): A213-A221 被引量:133
标识
DOI:10.1149/2.092401jes
摘要

Fluoroethylene carbonate (FEC) shows promise as an electrolyte additive for improving passivating solid-electrolyte interphase (SEI) films on silicon anodes used in lithium ion batteries (LIB). We apply density functional theory (DFT), ab initio molecular dynamics (AIMD), and quantum chemistry techniques to examine excess-electron-induced FEC molecular decomposition mechanisms that lead to FEC-modified SEI. We consider one- and two-electron reactions using cluster models and explicit interfaces between liquid electrolyte and model Li(x)Si(y) surfaces, respectively. FEC is found to exhibit more varied reaction pathways than unsubstituted ethylene carbonate. The initial bond-breaking events and products of one- and two-electron reactions are qualitatively similar, with a fluoride ion detached in both cases. However, most one-electron products are charge-neutral, not anionic, and may not coalesce to form effective Li+-conducting SEI unless they are further reduced or take part in other reactions. The implications of these reactions to silicon-anode based LIB are discussed.
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