Structures and dynamic properties of the LiPF6 electrolytic solution under electric fields – a theoretical study

文献情報

出版日 2019-05-23
DOI 10.1039/C9CP00561G
インパクトファクター 3.676
著者

Man Liu, Peter J. Chimtali, Xue-bin Huang, Ru-bo Zhang


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要旨

Fluorinated carbonates have attracted increasing attention in high-voltage lithium ion battery applications. Under free and electric fields, their structure-related solvent dynamic properties such as charge and discharge rate, however, are rarely reported. Herein, solutions including linear fluorinated carbonates have been simulated using joint MD/DFT calculations. For the first time, the dielectric constants of the four pure fluorinated carbonates have been predicted to be ca. 5.4 (4: ethyl-2,2,2-trifluoroethyl carbonate)–12.1 (7: di-1,1,2,2,2-pentafluoroethyl carbonate), which are dependent on the number of fluorine atoms. Minor difference in the solvation free energies and few contact ion associations were observed in the ETFEC and DTFEC solvents. Their comparable viscosity values were found through calculations of ion diffusivity and conductivity. In the electric fields, the Li+ mobilities in the two solutions have similar values, showing that the dynamic properties of the electrolytic solutions are almost independent of the number of fluorine atoms on these carbonates. There emerges an oriented and ordered arrangement of the solvent molecules and thus the largely decreased dielectric constants under the electric fields, even though the field strength is very low. These interesting phenomena should be relevant in the formation of contact and aggregate ion pairs, leading to unexpected reduction of the charge–discharge rate-related ion mobility in mixed solvents.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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