Modellierung der elektrochemischen Zersetzung von Fluorethylenkarbonat auf Siliziumanodenoberflächen in Lithium-Ionen-Batterien

Fluorethylenkarbonat (FEC) zeigt Potenzial als Elektrolytadditiv zur Verbesserung von passivierenden Festelektrolyt-Schnittstellen (SEI)-Filmen auf Siliziumanoden in Lithium-Ionen-Batterien (LIB). Wir wenden Dichtefunktionaltheorie (DFT), ab initio Molekulardynamik (AIMD) und Quantenchemietechniken an, um die durch überschüssige Elektronen induzierten Zersetzungsmechanismen von FEC-Molekülen zu untersuchen, die zu FEC-modifizierten SEIs führen. Wir betrachten Ein- und Zwei-Elektronen-Reaktionen unter Verwendung von Cluster-Modellen und expliziten Schnittstellen zwischen dem flüssigen Elektrolyten und den Modelloberflächen Li(x)Si(y). Es wurde festgestellt, dass FEC vielfältigere Reaktionswege aufweist als unmodifiziertes Ethylenkarbonat. Die anfänglichen Bindungsbruchereignisse und Produkte der Ein- und Zwei-Elektronen-Reaktionen sind qualitativ ähnlich, wobei in beiden Fällen ein Fluoridion abgetrennt wird. Die meisten Ein-Elektronen-Produkte sind jedoch elektrisch neutral, nicht anionisch, und könnten sich möglicherweise nicht zu effektiven Li+-leitenden SEIs verbinden, sofern sie nicht weiter reduziert oder an anderen Reaktionen teilnehmen. Die Auswirkungen dieser Reaktionen auf LIBs auf Siliziumanodenbasis werden diskutiert.