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文檔簡介
1、近十年中一種高性能硅酸鹽鋰離子電池正極材料Li2MSiO4(M=Mn,F(xiàn)e)在實驗與理論研究中受到了廣泛關注。這種材料由于理論上每個化學式單位(FU)可以可逆脫嵌2個鋰離子而具有高達330mAh/g的理論容量,但在實驗中卻始終沒有得到實現(xiàn)。本文通過第一性原理計算的方法,對理論容量不能實現(xiàn)的原因進行了研究:
(1)材料結(jié)構(gòu)。實驗中觀察到充放電循環(huán)之后材料中M-Li發(fā)生換位(SE),而且?guī)砹嗣撲囯妷旱母淖?。之前對SE結(jié)構(gòu)的研究集
2、中在其對鋰離子擴散的影響上,而本文主要研究了它對電化學性能的影響。我們發(fā)現(xiàn)SE結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生使電池在充放電過程中晶胞體積劇烈膨脹與收縮,這種體積變化嚴重影響了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
(2)脫鋰電壓是影響電極材料理論容量的因素之一。Li2FeSiO4由于脫鋰電壓高于電解質(zhì)分解的極限值而不能在實驗中脫出2個鋰離子/FU。相關研究發(fā)現(xiàn)N參雜可以降低脫鋰電壓,本文在考慮了SE結(jié)構(gòu)對材料性能影響之后發(fā)現(xiàn)電壓降幅度加劇。
(3)充放電循
3、環(huán)穩(wěn)定性是另一種影響電池容量的因素。由于充放電電池需要進行反復多次的充放電,所以充放電過程中電極材料是否能保持穩(wěn)定是一個重要的性質(zhì)。Li2MnSiO4材料的循環(huán)穩(wěn)定性問題主要來源于其在充放電過程中劇烈的體積變化,這種體積變化要求材料本身具有很好的延展性,否則極容易發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌進而造成迅速的容量衰減。本文通過計算B/G的值來表征材料的延展性,B/G小于1.75為脆性,大于1.75為延展性。以此成功解釋了實驗中Mn的容量衰減,并預見了Li2
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