锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4金属掺杂的第一性原理研究
近来尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4被认为是一种有前景的二次锂离子电池正极材料.但是其相对较差的循环性能和倍率性能限制了LiNi0.5Mn1.5O4的大规模应用.金属掺杂被认为是一种提高其电化学性能的有效方法.然而,还急需深层次地理解掺杂对材料结构和电化学性质的影响.采用第一性原理方法,系统地研究了金属掺杂的LiM0.125Ni0.375Mn1.5O4(M为Cr,Fe和Co)电极体系的结构与电子性质.计算结果显示,少量的过渡金属M取代LiNi0.5Mn1.5O4晶格中的Ni,能够有效抑制材料在电化学脱嵌锂过程中的体积变化(从锂化相到脱锂相,体积变化率约为4％,而未掺杂的情况为4.7％),提高材料循环性能.体系态密度表明金属掺杂能够减小体系的带隙,进而提高材料的电子传导.另外,通过Li离子的扩散计算,我们发现与未掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4相比,Co掺杂使得Li在材料中两条不同扩散路径的扩散能垒分别降低了约90 meV和140 meV,表明Co掺杂有利于Li在材料中的快速扩散.
第一性原理、尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4、掺杂、体积变化率、锂扩散能垒
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the National Natural Science Foundation Key Project21231005;9732011CB935900;111B12015;项目受国家自然科学基金重点项目21231005;科技部973纳米重大科学研究计划2011CB935900;高等学校创新引智计划B12015
2013-09-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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