Mg,Al掺杂对LiCoO2体系电子结构影响的第一原理研究

为了研究Mg ,Al掺杂对锂二次电池正极材料LiCoO2 体系的电子结构的影响 ,进而揭示Mg掺杂的LiCoO2 具有高电导率的机理 ,对Li(Co ,Al)O2 和Li(Co,Mg)O2 进行了基于密度泛函理论的第一原理研究 .通过对能带及态密度的分析 ,发现在Mg掺杂后价带出现电子态空穴 ,提高了电导 ,并且通过歧化效应 (disproportionation)改变了Co 3d电子在各能级的分布 ,而Al掺杂则没有这些作用 .O2 - 的离子性在掺杂后明显增强 .     

Li(AlxCo1-x)O2晶体中Co3+电子态的变化及对结构演化的影响

研究了应用于锂二次电池正极的新型高能量密度存贮材料Li(AlxCo1-x)O2 (x=01—05)的磁性.发现Al3+的掺杂可导致Co3+中d电子自旋态发生变化，即有部分d电子进入高自旋态.伴随Co3+中电子状态的改变，材料结构演化也发生了相应变化，表现为c/a比增大明显减缓，较好地解释了材料结构对Vegard定律的正偏离.这对材料的微观结构与性能设计具有重要意义. 关键词： 锂电池材料 Li（AlxCo1-x）O2 磁性 自旋态 结构演化     

Al掺杂对尖晶石型Li[Mn(Al)]2O4结构的影响

采用共沉淀法按不同Al掺杂比例x[x=n(Al)∶n(Mn+Al)=0, 0.025, 0.050, 0.100, 0.150, 0.200]制得了Al(OH)3和Mn3O4混合物, 将其与LiNO3按一定比例混合, 在空气中于700 ℃烧结得Li[Mn(Al)]2O4样品. X射线衍射和Raman光谱结果表明, 在0≤x≤0.20范围内均得到了单相的尖晶石型样品, 随着x的增加, 晶胞参数减小, 晶格振动能量增加, Mn(Al)-O的结合增强, 结构稳定性增强.     

LiNi1-xAlxO2(x=0～0.6)的制备和结构演变

通过研究LiNiO2和α-LiAlO2的制备条件,合成出LiNi1-xAlxO2(x=0～0.6)材料.XRD和XPS测试结果表明,各样品均具有α-NaFeO2型单相结构,并形成LiNi1-xAlxO2固溶体.随着Al固溶量x的增加,材料Ni(Al)—O结合能增加,晶胞的a轴缩短,c/a比增大,层状属性更加明显,结构稳定性增强.烧结实验结果表明,在低Al固溶量时,材料的合成需要在氧气气氛中进行,Al掺杂能够抑制结构中的Li缺位,降低材料形成温度及其在合成过程中对氧气的依赖程度.     

铜掺杂五氧化二钒的制备及电化学性质

采用沉淀法于300 和600 ℃制备了结晶状的Cu0.04V2O5材料. 扫描电镜显示, 300 ℃时制备的样品具有多孔特征, 而600 ℃时制备的样品具有很高的结晶度. X射线研究表明, 少量铜掺杂不会改变V2O5的正交晶体结构. 红外光谱研究表明, 300 ℃时制备的Cu0.04V2O5样品含有少量水. 热失重分析确定了样品中所含水分是以吸附水的形式存在, 1 mol材料分子吸附水的摩尔数约为0.18 mol. 铜掺杂显著改善了V2O5的结构稳定性, 进而提高了材料的充放电循环性能. 于600 ℃制备的样品在C/5.6倍率下具有160 mAh·g-1的可逆比容量, 但提高放电倍率明显降低了材料的循环性能. 于300 ℃制备的样品在C/5.6倍率时的循环性能不如600 ℃样品, 但该材料在C/1.9倍率时仍具有100 mAh·g-1左右的可逆比容量. 两种材料在电化学性能上的差异与材料的微结构有关. 低温样品在较高放电倍率时良好的循环性能得益于其多孔的微结构, 而高温样品由于其较高的结晶度而表现出优异的低倍率充放电性能.     

二价金属元素掺杂对LiCoO2体系电子输运性质的影响

为了解释Ca掺杂与Mg掺杂在影响锂离子二次电池正极材料LiCoO2体系电子输运性质方面的不同效应,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了该体系的电子结构.计算结果表明,虽然在LiCoO2体系中用Ca或Mg替代Co都会在费米能级附近产生部分占据的受主带,但两者对应的电子态都具有明显的局域化特征;此外,与Mg掺杂体系明显不同的是,Ca掺杂体系的受主带与价带之间存在清晰的带隙.这一带隙的存在正是Ca掺杂不能明显提高LiCoO2体系电导率的主要原因.此外,Ca2+与Mg2+离子半径的较大差别也是造成这两个掺杂体系的电导率存在明显差异的一个重要因素.     

Mg掺杂对Li(Co,Al)O2电子结构影响的第一原理研究

基于密度泛函理论的第一原理赝势法,研究了Mg在Li(Co,Al)O2中掺杂前后的电子结构的变化.通过能带和态密度的分析,发现Mg掺杂后在价带中引入了电子空穴,同时价带展宽,这两个电子结构的显著变化是引起Li(Co,Al)O2导电率提高的主要机理.通过对Co3d电子态密度的分析发现,在二价Mg掺杂后,Li(Co,Al)O2中的Co价态升高,介于Co3+和Co4+之间.从能带计算出发,进一步定量给出了Co和O的平均价态的变化.     

Phase Transition Behavior of LiCr 0.35 Mn0.65O2 under High Pressure by Electrical Conductivity Measurement

The electrical conductivity of powdered LiCr 0.35 Mn0.65O2 is measured under high pressure up to 26.22 GPa in the temperature range 300-413 K by using a diamond anvil cell. It is found that both conductivity and activation enthalpy change discontinuously at 5.36 GPa and 21.66 GPa. In the pressure range 1.10-5.36 GPa, pressure increases the activation enthalpy and reduces the carrier scattering, which finally leads to the conductivity increase. In the pressure ranges 6.32-21.66 GPa and 22.60-26.22 GPa, the activation enthalpy decreases with pressure increasing, which has a positive contribution to electrical conductivity increase. Two pressure-induced structural phase transitions are found by in-situ x-ray diffraction under high pressure, which results in the discontinuous changes of conductivity and activation enthalpy.     

梯形化合物NaV2O4F电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法, 通过自旋极化的广义梯度近似(GGA)电子结构计算对梯形化合物NaV2O4F进行了研究. 考虑了四种假想的自旋有序态, 计算结果表明该化合物的磁基态具有二维反铁磁(AFM)结构, 即沿梯阶和梯腿方向都表现为AFM作用. 能带结构显示NaV2O4F为绝缘体材料, 带隙约为1.0 eV. 方锥体中的晶体场劈裂使得VO4F方锥体中的 V4+(3d1)离子的未配对电子填充dxy轨道. 电负性极强的F离子使得梯阶上的共价性减弱,并导致梯阶上的交换作用减弱. 采用Noodleman的对称性破缺方法由Ising模型拟合出的自旋交换耦合常数表明NaV2O4F的梯间还存在强度与梯阶的AFM作用相当的铁磁(FM)相互作用, 说明该梯形化合物很可能不是一种自旋梯材料.     

多铁材料BaCoF$lt;sub$gt;4$lt;/sub$gt;电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似方法和赝势平面波法,对多铁材料BaCoF₄的铁电反铁磁相和可能的顺电相的电子结构进行了第一性原理研究.研究表明,反铁磁态很可能有利于低温下的铁电稳定性,F的强负电性使得体系内原子间主要是离子键相互作用.Co离子与在bc面上的F（2）,F（3）离子间完全是离子键作用,而与F（4）间有较弱的共价作用,与F（1）间作用介于两者之间.铁电畸变主要来源于Ba离子与F（1）, F（2）, F（3）离子沿着c轴方向的相对位移,F（4）对铁电性的贡献最少.铁电相中F（2）, F（3）离子的能量低于中心对称相,最大位移贡献者F（1）的化学键性由弱共价作用到离子键的变化也是最大的,这均有利于体系的稳定. 关键词： 第一性原理 铁电性 铁电畸变 反铁磁性