First-Principles Study on the Adsorption and Dissociation of Impurities on Copper Current Collector in Electrolyte for Lithium-Ion Batteries

First-Principles-Studie zur Adsorption und Dissoziation von Verunreinigungen auf dem Kupfer-Stromableiter im Elektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien

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ID: 113493
2018
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Abstract
The copper current collector is an important component for lithium-ion batteries and its stability in electrolyte impacts their performance. The decomposition of LiPF6 in the electrolyte of lithium-ion batteries produces the reactive PF6, which reacts with the residual water and generates HF. In this paper, the adsorption and dissociation of H2O, HF, and PF5 on the Cu(111) surface were studied using a first-principles method based on the density functional theory. The stable configurations of HF, H2O, and PF5 adsorbed on Cu(111) and the geometric parameters of the admolecules were confirmed after structure optimization. The results showed that PF5 can promote the dissociation reaction of HF. Meanwhile, PF5 also promoted the physical adsorption of H2O on the Cu(111) surface. The CuF2 molecule was identified by determining the bond length and the bond angle of the reaction product. The energy barriers of HF dissociation on clean and O-atom-preadsorbed Cu(111) surfaces revealed that the preadsorbed O atom can promote the dissociation of HF significantly.
Der Kupfer-Stromableiter ist eine wichtige Komponente für Lithium-Ionen-Batterien, und seine Stabilität im Elektrolyten beeinflusst deren Leistungsfähigkeit. Die Zersetzung von LiPF6 im Elektrolyten von Lithium-Ionen-Batterien erzeugt das reaktive PF6, welches mit dem Restwasser reagiert und HF bildet. In dieser Arbeit wurden die Adsorption und Dissoziation von H2O, HF und PF5 auf der Cu(111)-Oberfläche mithilfe einer First-Principles-Methode auf Basis der Dichtefunktionaltheorie untersucht. Die stabilen Konfigurationen von auf Cu(111) adsorbiertem HF, H2O und PF5 sowie die geometrischen Parameter der Admoleküle wurden nach der Strukturoptimierung bestätigt. Die Ergebnisse zeigten, dass PF5 die Dissoziationsreaktion von HF fördern kann. Gleichzeitig begünstigte PF5 auch die physikalische Adsorption von H2O auf der Cu(111)-Oberfläche. Das CuF2-Molekül wurde durch Bestimmung der Bindungslänge und des Bindungswinkels des Reaktionsprodukts identifiziert. Die Energiebarrieren der HF-Dissoziation auf sauberen und mit O-Atomen präadsorbierten Cu(111)-Oberflächen zeigten, dass das präadsorbierte O-Atom die Dissoziation von HF signifikant fördern kann.
Reference Key
chen2018materialsfirst-principles Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Jian Chen;Chao Li;Jian Zhang;Cong Li;Jianlin Chen;Yanjie Ren;Chen, Jian;Li, Chao;Zhang, Jian;Li, Cong;Chen, Jianlin;Ren, Yanjie;
Journal Materials (Basel, Switzerland)
Year 2018
DOI
10.3390/ma11071256
URL
https://www.mdpi.com/1996-1944/11/7/1256
Keywords
adsorption lithium-ion batteries copper current collector first-principles method

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