鋰離子電池正極材料Li2FeSiO4的第一性原理研究.pdf

1、近年來(lái)，鋰離子電池聚陰離子型硅酸鹽正極材料Li2FeSiO4因其成本低、安全穩(wěn)定、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。但此類材料放電后電子傳導(dǎo)性下降成為限制其成功商業(yè)化的瓶頸，如何解決電導(dǎo)率低的問(wèn)題是目前研究Li2FeSiO4材料的關(guān)鍵。摻雜過(guò)渡金屬陽(yáng)離子的方法能夠有效改善導(dǎo)電性能，而且已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中取得一些進(jìn)展，但其相關(guān)的理論研究工作需要進(jìn)一步深入開(kāi)展。
　　基于密度泛函理論和玻爾茲曼理論，對(duì)正交結(jié)構(gòu)的 Li2FeSiO4體系及其在釩(V)

2、摻雜情況下的電子結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率、平均電壓等進(jìn)行了計(jì)算。首先采用WIEN2k軟件對(duì)體系晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行自洽循環(huán)，得到其電子結(jié)構(gòu)。然后利用BoltzTraP代碼對(duì)材料的導(dǎo)電性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算，獲得電導(dǎo)率弛豫時(shí)間比(σ/τ)隨溫度的變化曲線。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）脫鋰相 LiFeSiO4較 Li2FeSiO4相比，體積變化率只有2.8％。該體系費(fèi)米能級(jí)附近態(tài)密度受Fe-3d電子影響顯著，材料脫鋰后帶隙變寬，載流子有效質(zhì)量增大，不易遷移

3、，導(dǎo)電性能降低。根據(jù)電導(dǎo)率弛豫時(shí)間比(σ/τ)的計(jì)算結(jié)果可知，Li2FeSiO4材料脫鋰后電導(dǎo)率降低。Li2FeSiO4在高溫條件下仍保持接近初始狀態(tài)時(shí)的電導(dǎo)率，說(shuō)明Li2FeSiO4可能作為耐高溫鋰離子電池正極材料。
　　（2）摻雜材料Li2Fe1-xVxSiO4與Li2FeSiO4相比晶體結(jié)構(gòu)基本不變，保持了與原材料一致的晶格穩(wěn)定性。摻雜材料費(fèi)米能級(jí)附近態(tài)密度主要受Fe-3d和V-3d電子影響顯著。摻雜材料帶隙比原材料要窄，價(jià)