AMS-ReaxFF模拟锂离子电池中溶剂与添加剂还原分解形成固态电解质界面(J. Phys. Chem. C 2020)
锂离子电池（LIBs）循环稳定性和耐久性的关键是电极表面形成固体电解质界面（SEI）。然而由于相关实验的困难，SEI生长的微观机制尚不清楚。浙江大学王琦课题组通过反应力场分子动力学（ReaxFF-MD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算来研究SEI形成的初始过程。
使用AMS-ReaxFF对SEI器件的演化过程进行了模拟，很好地再现了实验上，捕获的气体分子与无机盐和、机盐形成SEI的过程。碳酸氟乙烯酯（FEC）在ReaxFF模拟时间内的分解消耗，远高于碳酸乙烯酯溶剂（EC），这与分子轨道理论定性一致，即LUMO能级较低的分子应是较好的电子受体，并有可能被还原。
ReaxFF-MD模拟预测的代表性SEI组分的数量
对于反应中心，使用DFT进行了计算，发现单电子还原导致的C-O键的断裂，在EC和添加剂FEC中非常相似。当加入另一个电子时，EC分解产生气体CO与烷基碳酸盐，或乙烯与碳酸盐，而FEC分解产生氟化锂（LiF）和碳酸乙烯酯（VC）以及CO、烷基碳酸盐，LiF和VC也可作为改善电池性能的重要电解质添加剂。FEC组分/分子上的还原比EC组分/分子上的还原在能量上更有利。
在原子尺度上对分解产物的模拟结果，与现有实验有很好的相关性，而理论计算为解释未来SEI相关实验提供了有用的指导和结构模式。这种计算策略对锂离子电池的进一步开发和SEI设计具有一定的应用前景。