以第一原理計算及分子動力學模擬研究鋰離子電池電解液中鋰離子之擴散行為

  • 侯 翰硯

學生論文: Master's Thesis

摘要

鋰離子電池相較於其他二次電池有著較高的能量密度與較佳之重量比?率,已經被廣泛應用於各種儲能元件。本研究針對鋰離子電池當中電解液的鋰離子擴散行為,從其結構與能量和分子動力學模擬進行分析及討論。 在本研究中首先考慮沒有溫度及時間的效應之下,鋰離子與EC分子與DEC分子互相吸引時可能會出現的幾何結構,並且計算此結構其能量之大小,發現EC分子以及DEC分子皆容易以羰基上的氧原子與鋰離子結合,形成放射狀或對稱狀的結構,隨後在第一原理的分子動力學中,加入了時間的效應,可以在模型中發現到鋰離子與EC分子或是DEC分子形成溶劑化時所產生的配位數約為四左右,這與結構與能量的計算中相同,並且發現周圍已經形成溶劑化的EC分子或DEC分子仍有機會與其他未產生溶劑化的分子進行交換。 為了仔細地觀察鋰離子的擴散行為,本研究使用更大的模型,並使用了經驗式參數去模擬電解液中鋰離子的運動。此部分先以較巨觀的方式比較鋰離子在不同的環境底下擴散係數的差異,因此將EC分子與DEC分子以不同比例混合,並且考慮溫度以及電場的效應,可以發現在低溫時,由於EC溶液的流動性差,鋰離子的擴散與EC成分的比例大小有著絕對的關係。不同比例的溶液在未加入電場前,擴散係數的大小最主要由溶液本身的特性所決定,溶液本身流動性越好者,其擴散係數越高,而加入電場後可以發現電場對於溶液中的EC分子與DEC分子影響並不大,解離的鋰離子雖受到電場的作用,但其作用力仍小於溶劑分子對鋰離子的吸引,因此擴散係數並沒有明顯的加大。利用擴散係數推導得到導電度,說明影響溶液的導電性質同時受到擴散係數以及解離度的影響。
獎項日期2014 九月 2
原文Chinese
監督員Wen-Dung Hsu (Supervisor)

引用此

以第一原理計算及分子動力學模擬研究鋰離子電池電解液中鋰離子之擴散行為
翰硯, 侯. (Author). 2014 九月 2

學生論文: Master's Thesis