| 锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4金属掺杂的第一性原理研究 |
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| 引用本文： | 杨思七,张天然,陶占良,陈军.锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4金属掺杂的第一性原理研究[J].化学学报,2013,71(7):1029-1034. |
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| 作者姓名： | 杨思七 张天然 陶占良 陈军 |
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| 作者单位： | 南开大学化学学院先进能源材料化学教育部重点实验室 天津300071 |
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| 基金项目： | the National Natural Science Foundation Key Project，973，111，项目受国家自然科学基金重点项目，科技部973纳米重大科学研究计划，高等学校创新引智计划 |
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| 摘 要： | 近来尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4被认为是一种有前景的二次锂离子电池正极材料.但是其相对较差的循环性能和倍率性能限制了LiNi0.5Mn1.5O4的大规模应用.金属掺杂被认为是一种提高其电化学性能的有效方法.然而,还急需深层次地理解掺杂对材料结构和电化学性质的影响.采用第一性原理方法,系统地研究了金属掺杂的LiM0.125Ni0.375Mn1.5O4(M为Cr,Fe和Co)电极体系的结构与电子性质.计算结果显示,少量的过渡金属M取代LiNi0.5Mn1.5O4晶格中的Ni,能够有效抑制材料在电化学脱嵌锂过程中的体积变化(从锂化相到脱锂相,体积变化率约为4%,而未掺杂的情况为4.7%),提高材料循环性能.体系态密度表明金属掺杂能够减小体系的带隙,进而提高材料的电子传导.另外,通过Li离子的扩散计算,我们发现与未掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4相比,Co掺杂使得Li在材料中两条不同扩散路径的扩散能垒分别降低了约90 meV和140 meV,表明Co掺杂有利于Li在材料中的快速扩散.
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| 关 键 词： | 第一性原理 尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4 掺杂 体积变化率 锂扩散能垒 |
First-principles Study on Metal-doped LiNi0.5Mn1.5O4 as a Cathode Material for Rechargeable Li-Ion Batteries |
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| Institution: | Yang,Siqi Zhang,Tianran Tao,Zhanliang Chen,Jun(Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry(Ministry of Education),College of Chemistry,Nankai University,Tianjin 300071,China) |
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| Abstract: | |
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| Keywords: | first-principles spinel LiNi0 5Mn1 5O4 doping volume variation Li diffusion barriers |
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