Revisiting LiClO4 as an electrolyte for Li-Ion battery: Effect of aggregation behavior on ion-pairing dynamics and conductance

Eine Mischung aus 0,5 M LiClO4 in 80% Tetramethylsulfon (TMS) und 20% Propylencarbonat (PC) wurde durch klassische molekulardynamische Simulationen untersucht, um Eigenschaften zu verstehen, die dies zu einem möglichen kandidat für einen besseren Elektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien. Die Strukturanalyse durch radiale Verteilungsfunktion (RDF) zeigt die starken Wechselwirkungen zwischen Li + und ClO4− Ionen, die mit der Temperaturerhöhung zunehmen. Die Wechselwirkung zwischen dem Kation und den Lösungsmittelmolekülen ist schwächer als die Kation-Anion-Wechselwirkungen. Mit zunehmender Temperatur nehmen jedoch die Kation-TMS-Wechselwirkungen ab, während die Kation-PC-Wechselwirkungen zunehmen. Es gibt markante, scharfe Peaks in RDFs, die auf einen aggregierenden Charakter der Ionen im System mit ausgeprägten Auswirkungen auf die Transporteigenschaften hinweisen. Der Temperaturanstieg deutet auf eine schnellere Bildung dieser Aggregate hin. Die Ionen in diesem System zeigen moderaten Ionentransport und Ionenleitfähigkeit. Die erhaltenen theoretischen Ergebnisse wurden mit den experimentellen Daten bei der angegebenen Temperatur verglichen. Der Wert der korrelierten Leitfähigkeit (0,24 mS cm−1) stimmt gut mit den experimentellen Ergebnissen (0,21 mS cm-1) von 0,5 M LiClO4 in PC überein. Für die verschiedenen Temperaturen wurden Ionenleitfähigkeiten berechnet, die mit steigender Temperatur zunehmen. Die mit beiden Methoden berechnete Leitfähigkeit zeigt das Arrhenius-Verhalten; die Aktivierungsenergie für die Ionenleitung wird ebenfalls diskutiert. Aus den dielektrischen Berechnungen wird beobachtet, dass die Dielektrizitätskonstante von TMS mit zunehmender Temperatur abnimmt; Dies ist der Grund für den erhöhten Aggregationscharakter von Entitäten mit zunehmender Temperatur. Das in dieser Studie verwendete Modell lieferte auch Werte für die Dielektrizitätskonstante, die nicht sehr von den experimentellen Ergebnissen abweichten. Um dieses Merkmal zu verstehen, schlagen wir auch die Elektrolytkonzentration vor, die durch Ändern der TMS-PC-Anteile in der Mischung eine verbesserte Leitfähigkeit aufweist.

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