LiPF6 및 LiBF4 프로필렌 카르보네이트 전해질의 이온 전도 및 용액 구조

현재 리튬 이온 배터리의 성능 한계를 확장하려면 이온-이온 및 이온-용매 상호작용을 완전히 이해하는 것이 중요합니다. 본 연구에서는 라만 분광법, 유전 이완 분광법(Dielectric Relaxation Spectroscopy, DRS) 및 펄스 필드 구배 NMR(Pulsed-Field Gradient NMR, PFG-NMR) 분광법을 사용하여 0.1–3.0 M LiPF6 및 LiBF4의 프로필렌 카르보네이트(PC) 전해질의 이온 종별화 및 전도 특성을 조사합니다. LiPF6–PC와 LiBF4–PC 모두에서 희석된 염 농도(<0.8 M)에서는 자유 이온과 용매 공유 이온쌍(SIP)이 지배적인 종이며, 중간 농도(0.8–1.5 M)에서 SIP가 우세해집니다. 높은 농도(1.5–3.0 M)에서 LiPF6–PC에는 용매 공유 이합체(SSD)와 접촉 이합체(CD)가 우세하며, LiBF4–PC에서는 접촉 이온 쌍(CIP), CD, 그리고 집합체(AGG)가 우세합니다. 0.1–1.5 M LiPF6–PC와 LiBF4–PC의 이온 전도는 자유 이온 및 SIP의 이동에 의해 좌우됩니다. 특히, 두 PC 전해질의 1.5 M 이상에서 SSD도 이동 모드를 통해 이온 전도에 참여하는 것으로 나타났습니다. 또한 LiBF4–PC에 존재하는 많은 CIP가 Grotthuss형 메커니즘을 통해 이온 전도에 기여할 수 있다는 제안이 있습니다.