A Joint DFT and Experimental Study of an Imidazolidinone Additive in Lithium-Ion Cells

电解质 碳酸乙烯酯 锂(药物) 化学 密度泛函理论 电化学 介电谱 离子 碳酸二甲酯 化学工程 计算化学 物理化学 有机化学 电极 催化作用 工程类 内分泌学 医学
作者
Roby Gauthier,David S. Hall,Tina Taskovic,J. R. Dahn
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [The Electrochemical Society]
卷期号:166 (15): A3707-A3715 被引量:15
标识
DOI:10.1149/2.1091914jes
摘要

Electrolyte additives are a practical route to improving the lifetime and performance of lithium-ion cells. It is not well understood what makes a good additive; thus, the discovery of new additives poses a significant challenge. Computational methods have the potential to streamline the search for new additives, but it is important to compare predicted additive behavior with experimentally measured results. A new electrolyte additive, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI), has been evaluated in LiNi1-x-yMnxCoyO2 (NMC)/graphite pouch cells as a single additive and with the co-additive vinylene carbonate (VC). This work compares the density functional theory (DFT)-predicted behavior of DMI with experimental results, including differential capacity analysis (dQ/dV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), high-temperature storage, gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and long-term cycling tests. The DFT-calculated reduction potential of DMI is −0.63 V vs Li/Li+, consistent with the experimental observation that it reduces at a lower potential than ethylene carbonate (EC), ∼0.80 V vs Li/Li+. Although DMI turns out not to be a competitively useful additive, the good match between many aspects of the experimental results and theoretical predictions is a good indication that it is possible to understand aspects of the behavior of additives. This can guide future researchers.
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