钠离子电池中混合碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯电解液的溶剂化结构与离子传输：一项分子动力学研究

《Molecular Simulation》：Solvation structure and ion transport in mixed ethylene carbonate and dimethyl carbonate electrolytes for sodium-ion batteries: a molecular dynamics study

通过分子动力学模拟研究NaPF6在EC/DMC混合溶剂中的溶剂化结构和离子传输行为，发现EC含量高时Na+配位强且盐解离好，DMC含量高时粘度低、扩散快。EC:DMC=1:1时综合性能最优，高EC含量导致扩散反转和离子解耦，揭示了溶剂组成对离子传输的关键影响，为钠离子电池电解质设计提供依据。

　　

摘要

我们通过对不同组成的混合碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二甲酯（DMC）溶剂中六氟磷酸钠（NaPF₆）电解质的分子动力学研究，分析了径向分布函数、配位数、平均平方位移、扩散系数和粘度等参数，阐明了溶剂组成如何影响离子的溶剂化结构和传输行为。EC含量较高的体系对Na⁺的溶剂化作用更强，盐的解离程度也更高；而DMC含量较高的体系则具有较低的粘度和较高的扩散性。值得注意的是，当EC与DMC的体积比为1:1时，溶剂化效率、Na⁺的相对迁移率以及体系的结构稳定性均达到最佳。在高EC含量下，观察到扩散行为发生反转——此时EC分子的扩散速度超过了DMC分子，这归因于溶剂对离子运动的限制作用。相对迁移率分析表明，随着EC含量的增加，Na⁺与PF₆^-之间的耦合程度逐渐减弱，两种离子的传输行为也出现了差异。这些发现揭示了溶剂化、粘度和离子迁移率之间的相互作用，为钠离子电池用混合溶剂电解质的合理设计提供了理论依据。