鋰離子電池正極材料Li2MnO3摻雜改性的第一性原理研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、Li2MnO3是富鋰材料的重要組成部分,其能帶結(jié)構(gòu)決定了材料的電子導(dǎo)電性不好,這不利于鋰離子電池的快速充放電。本文采用第一性原理計(jì)算方法,系統(tǒng)地研究了F、Cl和P摻雜對Li2MnO3材料電子結(jié)構(gòu)的影響,重點(diǎn)分析了摻雜體系中小極化子的形成與遷移。研究結(jié)果表明:Li2MnO3材料中O位F摻雜可以有效的形成小極化子,同時小極化子的遷移勢壘較低(~0.27 eV)。但F摻雜并不能很好地提高材料的電子導(dǎo)電性,其原因主要包括以下兩個方面:一方面,由

2、于摻雜原子F對小極化子有較強(qiáng)的束縛作用,束縛能達(dá)到了0.6 eV,這不利于小極化子的擴(kuò)散;另一方面,通過摻雜形成的小極化子的濃度有限??紤]到Cl與F屬于同一主族而電負(fù)性不同,我們隨后研究了Li2MnO3材料O位Cl摻雜的影響,發(fā)現(xiàn)Cl摻雜的結(jié)果和F摻雜的結(jié)果類似。進(jìn)一步,我們模擬了Li位P摻雜對Li2MnO3材料的影響。結(jié)果表明:P摻雜能有更效地形成小極化子,對應(yīng)的摻雜原子P對小極化子的束縛作用也較小。在P摻雜的體系當(dāng)中單個小極化子的遷

3、移比較容易,不同的遷移路徑對應(yīng)的勢壘在0.17~0.47 eV范圍內(nèi);進(jìn)一步考慮了兩個小極化子同時遷移的情況,相應(yīng)的遷移勢壘約為0.46 eV。此外,通過對比P摻雜前后脫鋰態(tài)結(jié)構(gòu)中O的Bader電荷與積分電荷可以發(fā)現(xiàn)P摻雜還能抑制脫鋰過程中氧失電子,進(jìn)而提高脫鋰態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
  總體上說,對Li2MnO3材料進(jìn)行O位F、Cl摻雜并不能很好地提高材料的電子導(dǎo)電性;而Li位P摻雜能夠有效地提高材料的電子導(dǎo)電性與脫鋰態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

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