InSb的锂嵌入形成能第一原理计算

InSb材料在近来的锂离子电池负极材料研究中受到了重视.使用基于局域密度泛函理论的第一原理赝势法，计算了锂离子电池非碳类负极材料InSb各种锂嵌入情况时的形成能以及相应的电子结构.讨论了锂嵌入时的体积变化、能带结构、电子态密度以及电荷分布等性质.计算发现，闪锌矿结构的InSb材料，锂嵌入到主体材料的间隙位置时的形成能平均每个锂原子都在2.2eV左右. 关键词： InSb 锂嵌入形成能 电子结构 第一原理计算     

Li嵌入Mg2Ge的反应次序和电子结构变化

Mg2Ge有望成为新的锂离子电池负极材料.使用基于平面波展开的第一性原理赝势法,计算并得到了Li嵌入Mg2Ge负极材料时的反应次序.Li首先占据其中的间隙位置,占满间隙位置后随着嵌Li量的进一步增加,Li将逐步替位Mg2Ge中一半的Mg位置,直到生成Li2MgGe.计算结果表明,在整个嵌Li过程中主体材料的体积先膨胀后收缩.体积胀缩量很大,这是导致Mg2Ge作为锂离子电池电极材料循环性能较差的重要原因.对材料电子结构的分析表明,随着Li嵌入量的增加,主体材料发生了从半导体性到金属性、又到半金属性的转化.     

Li嵌入Mg2Ge的反应次序和电子结构变化

Mg₂Ge有望成为新的锂离子电池负极材料.使用基于平面波展开的第一性原理赝势法,计算并得到了Li嵌入Mg₂Ge负极材料时的反应次序.Li首先占据其中的间隙位置,占满间隙位置后随着嵌Li量的进一步增加,Li将逐步替位Mg₂Ge中一半的Mg位置,直到生成Li₂MgGe.计算结果表明,在整个嵌Li过程中主体材料的体积先膨胀后收缩,体积胀缩量很大,这是导致Mg₂Ge作为锂离子电池电极材料循环性能较差的重要 关键词： 锂离子电池 2Ge')" href="#">Mg₂Ge 反应次序 电子结构     

Si-Li合金嵌锂性能和弹性性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池硅负极材料在嵌Li过程中形成Li_xSi合金相(0≤x≤4.4)的形成能、嵌Li电位、晶体结构、电子结构和弹性性能.计算结果表明,随着嵌Li量的增加,Li_xSi合金体系总量能逐渐降低,Li_xSi合金相的形成能均为负值,表明硅负极材料的嵌Li反应在热力学可以自发进行;随着嵌Li量的增加,Li_xSi合金相的平均嵌Li电位逐渐降低,体积膨胀率逐渐增大,这与实验测得的结果具有良好的一致性.Li_xSi合金相在费米能级附近的电子主要由Si原子的p电子和Li原子的s电子共同贡献,Li_xSi合金相的费米能态密度随着嵌Li量的增加在整体上呈现增大趋势,电子导电性增强.随着嵌Li量的增加,Li_xSi合金相的体积模量(B)、剪切模量(G)和杨氏模量(E)逐渐降低,G/B值表明Li_xSi合金相均呈脆性,导致硅在嵌Li过程容易发生脆性结构破坏.     

Si-Li合金相嵌锂性能和弹性性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池硅负极材料在嵌Li过程中形成LixSi合金相(0≤x≤4.4)的形成能、嵌Li电位、晶体结构、电子结构和弹性性能。计算结果表明,随着嵌Li量的增加,LixSi合金体系总量能逐渐降低,LixSi合金相的形成能均为负值,表明硅负极材料的嵌Li反应在热力学可以自发进行;随着嵌Li量的增加,LixSi合金相的平均嵌Li电位逐渐降低,体积膨胀率逐渐增大,这与实验测得的结果具有良好的一致性。LixSi合金相在费米能级附近的电子主要由Si原子的p电子和Li原子的s电子共同贡献,LixSi合金相的费米能态密度随着嵌Li量的增加在整体上呈现增大趋势,电子导电性增强。随着嵌Li量的增加,LixSi合金相的体积模量(B)、剪切模量(G)和杨氏模量(E)逐渐降低,G/B值表明LixSi合金相均呈脆性,导致硅在嵌Li过程容易发生脆性结构破坏。     

Si-Li合金相嵌锂性能和弹性性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池硅负极材料在嵌Li过程中形成LixSi合金相(0≤x≤4.4)的形成能、嵌Li电位、晶体结构、电子结构和弹性性能。计算结果表明,随着嵌Li量的增加,LixSi合金体系总量能逐渐降低,LixSi合金相的形成能均为负值,表明硅负极材料的嵌Li反应在热力学可以自发进行;随着嵌Li量的增加,LixSi合金相的平均嵌Li电位逐渐降低,体积膨胀率逐渐增大,这与实验测得的结果具有良好的一致性。LixSi合金相在费米能级附近的电子主要由Si原子的p电子和Li原子的s电子共同贡献,LixSi合金相的费米能态密度随着嵌Li量的增加在整体上呈现增大趋势,电子导电性增强。随着嵌Li量的增加,LixSi合金相的体积模量(B)、剪切模量(G)和杨氏模量(E)逐渐降低,G/B值表明LixSi合金相均呈脆性,导致硅在嵌Li过程容易发生脆性结构破坏。     

纳米储锂材料和锂离子电池

简单综述了锂离子电池的基本原理和发展现状,对中国科学院物理研究所固体离子学课题组在纳米储锂材料方面的研究进展做了介绍.用HRTEM等手段研究了纳米SnO、纳米Si以及纳米SnSb合金在Li入脱嵌过程中结构的变化.着重介绍了一种具有纳米微孔的球形硬碳材料和纳米SnSb合金钉扎的复合负极材料,在高功率密度和高能量密度锂离子电池方面具有广阔应用前景.     

纳米储锂材料和锂离子电池

简单综述了锂离子电池的基本原理和发展现状，对中国科学院物理研究所固体离子学课题组在纳米储锂材料方面的研究进展做了介绍。用HRTEM等手段研究了纳米SnO、纳米Si以及纳米SnSb合金在Li入脱嵌过程中结构的变化。着重介绍了一种具有纳米微孔的球形硬碳材料和纳米SnSb合金钉扎的复合负极材料，在高功率密度和高能量密度锂离子电池方面具有广阔应用前景。     

石墨嵌锂的结构转变和弹性性质计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，计算了锂离子电池石墨负极在嵌Li过程中形成石墨嵌层化合物LixC6(0≤x≤1)的形成能、嵌锂平台、晶体结构、电子结构和弹性性质的变化规律。结果表明，随着嵌Li量x增加，LixC6的体系总量能逐渐降低，形成能逐渐增大，嵌Li反应逐渐变得困难；计算得到石墨的嵌Li电位逐渐降低，这与实验测得的充放电曲线具有良好的一致性。石墨嵌Li导致碳层发生滑移，晶胞体积逐渐增大，当x为1时晶胞体积增大约12.75%。随着x增加，LixC的费米能态密度几乎呈现增大趋势，有利于增强电子导电性。随着x增加，平行于碳平面的杨氏模量Ea和Eb都呈现小幅下降趋势，而垂直于碳平面的杨氏模量Ec呈现大幅度增加趋势，导致石墨刚性逐渐增大，结构稳定性变差。     

石墨嵌锂的结构转变和弹性性质计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了锂离子电池石墨负极在嵌Li过程中形成石墨嵌层化合物Li_xC_6(0≤x≤1)的形成能、嵌锂平台、晶体结构、电子结构和弹性性质的变化规律.结果表明,随着嵌Li量x增加,Li_xC_6的体系总量能逐渐降低,形成能逐渐增大,嵌Li反应逐渐变得困难;计算得到石墨的嵌Li电位逐渐降低,这与实验测得的充放电曲线具有良好的一致性.石墨嵌Li导致碳层发生滑移,晶胞体积逐渐增大,当x为1时晶胞体积增大约12.75%.随着x增加,Li_xC_6的费米能态密度几乎呈现增大趋势,有利于增强电子导电性.随着x增加,平行于碳平面的杨氏模量Ea和Eb都呈现小幅下降趋势,而垂直于碳平面的杨氏模量Ec呈现大幅度增加趋势,导致石墨刚性逐渐增大,结构稳定性变差.     

锂电池负极材料CuSn的电子和几何结构

使用基于混合基表示的第一原理赝势法 ,研究了CuSn化合物的电子与几何结构性质 .得出CuSn二元化合物在NaCl结构、CsCl结构、闪锌矿结构、WC结构、NiAs结构和四角结构 (在CsCl结构计算的基础上 ,再沿C轴畸变 )下的体系“能量 体积”的关系 ,即能量与结构相图 ;还给出了最稳定相的能带结构、电子态密度以及电荷密度分布等性质 ,也讨论了CuSn在最稳定的NiAs结构下电子键合性质的特点 .计算得到的CuSn能量最低结构为NiAs结构 ,与实验结果一致     

First principle study of Li-intercalated (5, 5) ZnO nanotube bundles

We have investigated the geometric and electronic structure of Li-intercalated (5, 5) zinc oxide nanotube (ZnONT) bundles via density functional theory as implemented in the code WIEN2k. Our results show that the geometrical structures are changed because of intercalation of lithium. The effect of Li intercalation on the density of state and electronic band structure is a shift of the Fermi energy due to the charge transfer from lithium to the ZnONTs. Although, the bundle of clean (5, 5) ZnONTs is semiconductor, all the Li-intercalated (5, 5) ZnONT bundles are found to be metallic. Both inside of the nanotube and the interstitial spaces are susceptible for intercalation.     

Ab initio density functional theory investigation of Li-intercalated silicon carbide nanotube bundles

We present the results of ab initio density functional theory calculations on the energetic, and geometric and electronic structure of Li-intercalated (6,6) silicon carbide nanotube (SiCNT) bundles. Our results show that intercalation of lithium leads to the significant changes in the geometrical structure. The most prominent effect of Li intercalation on the electronic band structure is a shift of the Fermi energy which occurs as a result of charge transfer from lithium to the SiCNTs. All the Li-intercalated (6,6) SiCNT bundles are predicted to be metallic representing a substantial change in electronic properties relative to the undoped bundle, which is a wide band gap semiconductor. Both inside of the nanotube and the interstitial space are susceptible for intercalation. The present calculations suggest that the SiCNT bundle is a promising candidate for the anode material in battery applications.     

锂电池发展简史

由于具有很高的能量密度，锂金属在1958年被引入电池领域，1970年进入锂一次电池的商业研发阶段。自1990年以来，随着正极材料、负极材料与电解质的革新，可充放二次锂电池不断发展并实现商品化。如今锂电池技术仍在继续发展并将进一步改善人类生活。文章对40多年来锂电池技术发展历程进行了简单的回顾。     

Sn3InSb4合金嵌Li性能的第一性原理研究

采用第一性原理超软赝势平面波方法计算了Sn₃InSb₄的嵌Li性能,得到各种嵌Li相的嵌Li形成能、理论质量比容量、体积膨胀率、能带结构、态密度和差分电荷密度等.从能量角度分析,Li在嵌入时,优先占据晶胞的四面体间隙位置,然后逐步挤出处于节点位置的Sn原子和In原子.在嵌Li过程中,材料表现出较大的体积膨胀率(11.74%-43.40%),这是导致Sn₃InSb₄作为Li离子电极材料循环性能差的重要原因.态密度计算表明,体系的导电性能首先随嵌Li量的增加而增加,当所有的间隙位置被Li填满,发生Sn的替换反应时,富Li态合金相的导电性反而下降.     

The processes of lithium ions intercalating into benzene pyrolytic decomposition carbon

The pyrolytic decomposition of benzene was carried out to manufacture the higly pure disordered carbon (BPDC) which could be used as the anode in nonaqueous secondary lithium batteries. Several electrochemical experiments such as cyclic voltammetry, linear polarization and galvanostatic polarization were carried out to investigate the mechanism of the intercalation of lithium ions into this material. The results show that the diffusion of lithium ions in the lattice of BPDC and the low rate intercalation reaction on the carbon surface are two factors that control the intercalation rate. Two intercalation steps which were not found in graphite were discovered for BPDC, the first is due to the interaction between Li⁺ and the energy trap in the BPDC which is caused by the disordered structure and the second step corresponds to intercalation into the regular structure of carbon. Some kinetic parameters were calculated.     

Conversion reactions: a new pathway to realise energy in lithium-ion battery—review

Rechargeable lithium-ion batteries of today operate by an electrochemical process that involves intercalation reactions that warrants the use of electrode materials having very specific structures and properties. Further, they are limited to the insertion of one Li per 3D metal. One way to circumvent this intrinsic limitation and achieve higher capacities would be the use of electrode materials in which the metal-redox oxidation state could reversibly change by more than one unit. Through the discovery of conversion or displacement reactions, it is possible to reversibly change by more than one unit. Further, the need for materials with open structures or good electronic ionic conductivity is eliminated, thus leading to a new area in materials for lithium ion battery. In this paper, we present a review enlightens new reaction schemes and their potential impact on applications.     

Effect of a rhombohedral phase on lithium intercalation capacity in graphite

Five natural graphites with different rhombohedral phase (3R phase) content have been investigated as anode materials for rechargeable lithium-ion batteries. The reversible capacity varies from 250 mA h/g to 350 mA h/g for the same intercalation conditions depending on the content of the 3R-phase. With increasing rhombohedral phase in the graphite, the intercalation capacity will be high. A peak at about 10 mV in the cyclic voltammograms (CV) of a sample with a large 3R-phase content is caused by lithium ions occupying boundaries between the rhombohedral (3R) phase and the hexagonal (2H) phase and is responsible for a capacity exceeding the theoretical value.