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Enregistrement W3186970387 · doi:10.1149/ma2021-012149mtgabs

Reactivity and Evolution of Ionic Solid-Electrolyte-Interphases in Battery Electrolytes

2021· article· en· W3186970387 sur OpenAlexaff
Rui Guo, Dongniu Wang, Lucia Zuin, Betar M. Gallant

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Battery Materials and Technologies
Établissements canadiensCanadian Light Source (Canada)
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésElectrolyteX-ray photoelectron spectroscopyReactivity (psychology)Ionic bondingChemistryLithium (medication)ElectrochemistryXANESDielectric spectroscopyFaraday efficiencyInorganic chemistryChemical engineeringMaterials scienceSpectroscopyIonPhysical chemistryElectrodeOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The instability of the solid electrolyte interphase (SEI) on the lithium (Li) metal anode is a major challenge towards improving the Coulombic efficiency (CE) and cycle life of Li batteries. In classical SEI models with mosaic and layered structures, ionic phases (e.g., Li 2 O and LiF) are enriched closest to the Li|SEI interface, while the outer SEI are highly dependent on electrolytes and typically assigned to less-reduced species, such as semi-carbonates and organic Li salts. 1, 2 The formation of SEI on Li is often interpreted as a consequence of reactivity between Li metal and electrolytes; however, there remains a lack of understanding about the interplay between electrolytes and specific SEI phases once they are formed. Some recent computational studies have shed light on the chemical reactivity between thin (~1 nm) single-phase inorganic SEI (Li 2 O, LiOH, and Li 2 CO 3 ) on Li metal and DME electrolytes containing LiTFSI or LiFSI salts, using ab initio molecular dynamics (AIMD) calculations; 3, 4 experimental insights are still much-needed. Herein, we study two ionic SEI phases, Li 2 O (Fig. 1a-b) and LiF (Fig. 1c-d), that are nearly ubiquitously found across many native SEIs, and investigate their stability at the SEI|electrolyte interface. We find, by using a combination of electrochemical impedance spectroscopy (EIS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and non-destructive X-ray absorption near-edge spectroscopy (XANES), that the ionic SEI|electrolyte interfaces can undergo significant chemical evolution as a function of electrolyte. As shown in Fig. 1a, distinctive lower-frequency semicircles emerged in the Nyquist plots of EIS when 1 M LiTFSI EC/DEC and 1 M LiPF 6 EC/DEC were used, indicating significant changes at the interface between the ionic Li 2 O SEI and carbonate-based electrolytes, especially in the presence of LiPF 6 salt. The surface atomic concentration of F also increased significantly from 4 at.% in 1 M LiTFSI DOL/DME to 44 at.% in 1 M LiPF 6 EC/DEC, suggesting that a F-rich Li 2 O|electrolyte interface leads to an additional charge transfer barrier. Non-destructive Li K-edge XANES of the Li 2 O SEI soaked in 1 M LiPF 6 EC/DEC electrolyte displayed a dominant LiF peak at 62.3 eV with an evident blue shift compared with the standard LiF peak at 62.0 eV (Fig. 1b), 5 which could be attributed to the solvation of F-rich species at the interface by organic phases from carbonates decomposition, forming an “organic/F-rich” outer SEI layer. Similar organic/F-rich outer SEI was also observed on the LiF SEI soaked in 1 M LiPF 6 EC/DEC electrolyte, as evidenced by EIS (Fig. 1c), XPS (Fig. 1d) and XANES results. The organic/F-rich outer SEI induced by reactivity between ionic SEI phases and carbonate-based electrolytes can significantly exacerbate the subsequent plating overpotentials. Our experimental results suggest that electrolyte solvent and salt selection is of great importance to optimize transport in ionic-rich Li interfaces, which can have important implications ultimately for SEI stability and thus CE. Figure 1. (a) Nyquist plot of EIS spectra of Li|Li 2 O SEI in the three different electrolytes, where the thickness L and conductivity σ of the Li 2 O SEI were acquired by fitting the higher-frequency semi-circle (or the sole semi-circle in the case of DOL/DME). 6 (b) Li K-edge XANES fluorescence yield (FLY) of Li|Li 2 O interface after soaking in EC/DEC solvent or 1 M LiPF 6 EC/DEC electrolyte for 20 hours. (c) Nyquist plot of EIS spectra of Li|LiF SEI in the three different electrolytes. (d) C1s and F1s XPS of the surface layer on Li|LiF SEI after soaking in each electrolyte. References: 1. E. Peled, D. Golodnitsky, and G. Ardel, J. Electrochem. Soc., 144 (8), L208-L210 (1997). 2. A. Schechter, D. Aurbach, and H. Cohen Langmuir, 15 (9), 3334-3342 (1999). 3. E. P. Kamphaus, S. Angarita-Gomez, X. P. Qin, M. H. Shao, M. Engelhard, K. T. Mueller, V. Murugesan, and P. B. Balbuena, ACS Appl. Mater. Interfaces, 11 (34), 31467-31476 (2019). 4. E. P. Kamphaus, S. A. Gomez, X. Qin, M. Shao, and P. B. Balbuena, ChemPhysChem, 21 (12), 1310-1317 (2020). 5. D. Wang and L. Zuin, J. Power Sources, 337 , 100-109 (2017). 6. R. Guo and B. M. Gallant, Chem. Mater., 32 (13), 5525-5533 (2020). 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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut 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 enseignants0,031
Score d'incertitude au seuil0,542

Scores Codex et Gemma par catégorie

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 technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 Opus0,007
Tête enseignante GPT0,224
Écart entre enseignants0,217 · 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 tête enseignante, 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

Citations1
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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