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Enregistrement W2282052266 · doi:10.1149/ma2015-02/5/389

Investigating the Fate of an Electrolyte Additive: A Combined Theoretical and Experimental Study of Prop-1-Ene-1,3-Sultone (PES) in Li-Ion Cells

2015· article· en· W2282052266 sur OpenAlexaff
David S. Hall, Julian Self, Lénaïc Madec, Rémi Petibon, J. R. Dahn

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2015
Typearticle
Langueen
DomaineChemistry
ThématiqueOrganic and Inorganic Chemical Reactions
Établissements canadiensDalhousie University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésElectrolyteSolvationEthylene carbonateChemistryIonX-ray photoelectron spectroscopyEne reactionChemical engineeringPhysical chemistryAnalytical Chemistry (journal)ElectrodeOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

INTRODUCTION One way to improve the cycling performance and stability of Li-ion cells is the use of electrolyte additives. In recent years, prop-1-ene-1,3-sultone (PES) has shown great promise for improving cell lifetime and decreasing gas formation.1–5Voltage cycling experiments and surface analysis studies have provided important clues for understanding the fate of PES in cells. However, the details of this additive’s mechanism of action remains unknown. This presentation will discuss computational chemistry methods, including the accurate representation of solvation for ethylene carbonate (EC)/ethylmethyl carbonate (EMC) mixtures, and the application of these methods to gain insight into the role and ultimate fate of PES in Li-ion cells. EXPERIMENTAL Calculations were performed with the Gaussian 09 (G09.D01) software package using the B3LYP/6-311++G(d,p) method. The IEFPCM-UFF solvation model and its parameterization will be discussed. A cylindrical, stainless steel capacitance cell, based on the design of Greer and Jacobs, was used for dielectric constant measurements.6 Machine-made 220 mAh graphite/Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2 (NMC) pouch cells were filled with 3:7 EC/EMC, 1 M LiPF6, and 0 – 2 % PES, and galvanostatically cycled.4 Select cells were disassembled in an argon-filled glove box for XPS surface analysis as described by Madec et al.7 Volumetric and GC-MS analysis of gas formation was performed as described by Self et al.5 RESULTS AND DISCUSSION Computational chemistry can be used to determine standard electrode potentials, free energies of reactions and transition state energies. It is, however, imperative that solvation is properly modeled to obtain meaningful results. The polarizable continuum model (PCM) is a simple yet robust approach that requires only the dielectric constant (static permittivity) of the reaction medium. Therefore, dielectric constants of EC/EMC solvent blends were measured at various compositions and temperatures. It was found that measured values do not exactly match those predicted by a simple linear combination of EC and EMC. The reactions of PES at the electrodes were then investigated. PES reduction has a calculated reduction potential of 1.0 V vs. Li/Li+, which closely matches experimental dQ/dV plots.4 The subsequent reduction is predicted to occur very rapidly and results in the reactive Li2PES compound shown in Figure 1. The decomposition of this compound and its various reactions with the solvent (EC and EMC) and with other PES molecules will be discussed. These reactions are spontaneous and result in the formation of Li2SO3 and organic sulfate species (RSO3Li) at the anode. This is a good match to the S 2p peaks observed in the XPS spectrum of the anode after formation. The predicted gas-phase products, including several hydrocarbons at the anode and the formation of O=C=S at the cathode, are also consistent with those observed by GC-MS. In summary, carefully developed theoretical methods coupled with experimental data reveal several spontaneous pathways for the reductive decomposition of PES. It is hoped that these results will also prove useful for developing new and improved electrolyte additives. REFERENCES 1. B. Li et al., J. Mater. Chem. A, 1, 12954–12961 (2013). 2. B. Li et al., Electrochimica Acta, 105, 1–6 (2013). 3. B. Li, M. Xu, T. Li, W. Li, and S. Hu, Electrochem. Commun., 17, 92–95 (2012). 4. J. Xia et al., J. Electrochem. Soc., 161, A1634–A1641 (2014). 5. J. Self, C. P. Aiken, R. Petibon, and J. R. Dahn, J. Electrochem. Soc., 162, A796–A802 (2015). 6. D. T. Jacobs and S. C. Greer, Rev. Sci. Instrum., 51, 994–995 (1980). 7. L. Madec et al., J. Phys. Chem. C, 118, 29608–29622 (2014). 8. K. Xu, Chem. Rev., 114, 11503–11618 (2014). Figure 1 – The reduced Li2PES compound predicted to form at the anode during cell formation. Figure 1

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,006

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,013
Tête enseignante GPT0,256
Écart entre enseignants0,243 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2015
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Résumé présentoui

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