温度系数(TC)可以用来分析LIB的热安全和界面相变,然而目前的工作对于单电极电势的TC的基础理解还不太了解。本工作发现Li沉积/剥离过程中伴随着可观熵变,这会影响TC。为了研究这一现象,作者对照了Li/Li+电池中不同电解液的TC。结果发现了TC与溶剂化能的关系并且通过AIMD进行了验证。本文开发的Li/Li+电极测试TC的方法可以提供锂离子溶剂化环境的参考,并且可以作为一种工具研究锂电池电解液。
作者开发了H-型电解池对Li/Li+电池中的TC进行测试,根据不同温度下的开路电位进行拟合,其斜率为TC。测试结果表明碳酸酯电解液的TC较小,而醚类电解液较大。

为了进一步探究其中的关系,作者使用了AIMD的方法计算出了第一溶剂化鞘层与其他组分的结合能,发现醚类电解液的BE要高于碳酸酯电解液,这可能是来自于碳酸酯溶剂的高介电常数。内层的碳酸酯与锂离子有着较强的结合能力,可以屏蔽外界组分与锂离子的静电相互作用。而醚类电解液则与之相反。
综合上述结果,相同浓度下,醚类的TC要高于碳酸酯类,作者推测有以下原因:
1. DME与锂离子存在螯合作用,并不存在旋转的自由度;而EC则只是单原子O结合,存在一定的旋转自由度。这就导致了醚类的系统熵变要低于碳酸酯类。
2. 因为EC的强结合作用,第一溶剂化鞘层与外界组分结合较弱,而醚类溶剂则是较弱,这说明内部的锂离子有机会与外界溶剂分子发生接触,所以在去溶剂化过程中会有很多配位溶剂分子释放,这导致了在反应过程中熵很大。
这两个原因导致了醚类在去溶剂化过程中有更大的熵变,在TC的大小上得到体现。

原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10587?ref=pdf
(赖鹏斌)