硅晶胞和硅(100)面嵌鋰特性的第一性原理研究.pdf

1、鋰離子電池因具有較高的工作電壓和比能量、放電平穩(wěn)、質(zhì)量輕、無(wú)記憶效應(yīng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而成為理想化學(xué)電源，被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。為進(jìn)一步提高鋰離子電池的功率密度和能量密度，使其滿足大容量和高功率的發(fā)展需求，全世界的研究者們都在致力于開發(fā)新型硅基負(fù)極材料。但硅負(fù)極材料在脫嵌鋰過程中會(huì)產(chǎn)生巨大的體積膨脹而使負(fù)極材料粉化、破碎，甚至引起電極失效。若能從原子尺度深入研究硅材料的嵌鋰行為、嵌鋰特性、結(jié)構(gòu)變化和相關(guān)機(jī)

2、理，發(fā)現(xiàn)體積膨脹的根本原因，將為制備新型高效硅負(fù)極材料的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究提供巨大幫助。
　　論文基于密度泛函第一性原理，采用廣義梯度近似方法，通過能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、電荷密度和差分電荷密度的分析，研究鋰在硅晶胞和 Si(100)表面嵌入的微觀行為。通過計(jì)算結(jié)合能，確定了鋰在 Si晶胞、Si(100)面和重構(gòu)2x1Si(100)面的最穩(wěn)定嵌入位置。對(duì)比嵌鋰前后的能帶結(jié)構(gòu)，研究了嵌鋰引起的體系的性質(zhì)變化。并通過改變嵌鋰數(shù)，分析了嵌鋰后