JACS：深度分析碳酸盐电解质中的锂离子迁移机制和溶解结构

主要观点总结

该研究通过超快红外光谱和模拟技术，全面分析了含高浓度LiTFSI盐的碳酸丙烯酯电解质的传输机制、溶壳结构和动力学。使用PSC作为振动探针，测量了化学交换率和光谱扩散动力学。结合DFT计算和MD模拟，揭示了结构扩散是主要的锂传输机制。这些结果有助于加深对锂离子电池电解质中纳米级相互作用和动力学的理解，并推动先进电解质的开发。

关键观点总结

关键观点1: 采用超快红外光谱技术，系统研究了含LiTFSI盐的碳酸丙烯酯电解质的传输机制和动力学。

使用PSC作为振动探针，测量了广泛浓度范围内的化学交换率和光谱扩散动力学。

关键观点2: 结合DFT计算和分子动力学模拟，验证了PSC在测量碳酸盐电解质动态中的有效性。

通过对比模拟和实验结果，揭示了结构扩散是主要的锂传输机制。

关键观点3: 研究结果对推动先进锂离子电池电解质的开发具有指导意义。

该研究不仅适用于碳酸酯电解质，也可推广至其他电解质体系，提供了一种通用方法研究传输特性和溶解动力学。

文章预览

【研究背景】 电解质在锂离子电池（LIB）中至关重要，优化电解质的离子传输特性是实现极速充电的关键。当前主流的离子传输特性表征方法，如电化学阻抗谱（EIS）和脉冲场梯度核磁共振法（PFG-NMR）并不完全适用量化传输特性。超快红外（IR）光谱技术具备飞秒至纳秒级时间分辨率，可研究迁移和溶解动力学，但现有红外振动探针无法准确测量锂离子与溶剂的结合与解离时间。电解质快速动力学研究主要依赖分子动力学（MD）模拟，但存在不一致性，且缺乏有效的实验方法来测量皮秒至纳秒级的动态过程。 【内容简介】 本研究结合超快红外测量、密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟，系统地阐明了含LiTFSI盐的PC电解质在较大浓度范围（1.3-2.5 M）内的传输机制、溶壳结构及其动力学行为。加入低浓度、振动寿命大于300 ps振动探针硒氰 ………………………………