Ru掺杂LiFePO4电子结构和性能的第一性原理研究

基于第一性原理和超软赝势平面波方法,对Ru掺杂LiFePO_4的原子几何结构和电子结构进行了研究。结果表明Ru掺杂后LiFePO_4晶胞参数a和b显著降低,晶胞参数c略微的增大,掺杂后晶胞体积收缩;当掺杂量为0.01时体系Fermi能最高,能量密度高。掺杂体系在Fermi能级附近态密度电子峰强度增大,态密度峰向低能方向移动,掺杂后能级减小,有利于LiFePO_4导电性能增强。能带计算结果显示,随着掺杂量的增加,体系带隙降低,能带下降,导带底向费米面移动,电子从价带跃迁到导带更加容易。电化学性能测试结果显示,当Ru的掺杂量较小时(0.01),费米面附近能带数增加,有利于电子传递,材料表现出最佳的放电比容量和倍率性。当掺杂量较大时(0.05,0.1),过多Ru将阻碍Li~+扩散通道,不利于电极材料的倍率性能。Ru掺杂能影响LiFePO_4电子结构,改善LiFePO_4性能,掺杂量不宜太大。