鋰離子電池正極材料Li2MnO3摻雜改性的第一性原理研究.pdf

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(duì)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(shí)小極化子的遷移勢(shì)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(gè)方面：一方面，由

2、于摻雜原子F對(duì)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(guò)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(lèi)似。進(jìn)一步，我們模擬了Li位P摻雜對(duì)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(duì)應(yīng)的摻雜原子P對(duì)小極化子的束縛作用也較小。在P摻雜的體系當(dāng)中單個(gè)小極化子的遷

3、移比較容易，不同的遷移路徑對(duì)應(yīng)的勢(shì)壘在0.17~0.47 eV范圍內(nèi)；進(jìn)一步考慮了兩個(gè)小極化子同時(shí)遷移的情況，相應(yīng)的遷移勢(shì)壘約為0.46 eV。此外，通過(guò)對(duì)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(guò)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(shuō)，對(duì)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。