Na+替位掺杂对Li2MnSiO4的电子结构以及Li+迁移过程的影响

摘要：

在锂二次电池中,硅酸锰锂作为正极材料得到广泛研究,但其固有的电子和离子电导率较低,直接影响着电池的功率密度和充放电速率.本文建立了不同浓度的Na+离子替位掺杂Li+离子形成的Li1-xNaxMnSiO4(x=0,0.125,0.25,0.5)结构,采用第一性原理的方法,研究了掺杂前后硅酸锰锂的电子结构以及Li+离子的跃迁势垒.发现在Li+位替代掺杂Na+,导带底的能级向低能方向发生移动,降低了Li2MnSiO4材料的禁带宽度,有利于提升材料的电子导电性能.随着掺杂浓度的升高,禁带宽度逐渐变窄.CI-NEB结果表明,在Li2MnSiO4体系中具有两条有效的Li+离子迁移通道,掺杂Na+以后扩大了Li+离子在[100]晶向上的迁移通道,Li+离子的跃迁势垒由0.64 eV降低为0.48,0.52和0.55 eV.掺杂浓度为x=0.125时,离子迁移效果最佳.研究表明Na+掺杂有利于提高Li2MnSiO4材料的离子和电子电导率.

关键词：锂离子电池、Na离子掺杂、电子结构、Li离子扩散、跃迁势垒

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资助基金：国家自然科学基金批准号:11174237,11404268、四川省应用基础项目批准号:2013JY0035和中央高校基本科研业务费批准号:2682014ZT30,2682015QM04资助的课题.Project supported by the National Natural Science Foundation of China Grant Nos.11174237,11404268,the Applied Science and Technology Project of Sichuan Province,China Grant No.2013JY0035,and the Fundamental Research Funds for the Central Universities,China Grant Nos.2682014ZT30,2682015QM04.

在线出版日期：2016-06-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：252-259