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     

锂离子电池负极材料CuSn的Li嵌入性质的研究

使用基于混合基表示的第一原理赝势法，研究了锂离子电池非碳类负极材料CuSn的Li嵌入时的形成能以及相应的电子结构.还给出了Li嵌入时的体积变化，能带结构、电子态密度以及电荷密度分布等性质, 并讨论了CuSn作为负极材料的特点.计算发现，Cu-Sn化合物在闪锌矿结构时，Li嵌入主体材料时的嵌入形成能大致在3.5eV附近. 关键词： 锂离子电池 负极材料 CuSn 电子结构     

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     

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。     

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.     

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。     

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.     

石墨/Li（Ni1/3Co1/3Mn1/3）O2电池充放电过程中电极材料的XRD研究

利用XRD系统地研究了石墨/Li（Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3）O₂ 18650型锂离子电池充放电过程中正负极活性材料的晶体结构和微结构的变化.已观测到,由于Li原子的脱嵌,使得LiMO₂点阵参数a缩小,c增大,微应变增大,衍射强度比I₁₀₄/I₁₀₁和I₀₁₂/I₁₀₁降低;此外,由于Li原子的嵌入,2H-石墨的点阵参数a和c,以及微应变ε和堆垛无序度P都增加.同时,讨论了活性材料Li（Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3）O₂和石墨在电池充放电过程中的嵌脱锂的物理机理.在充电时,正极Li（Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3）O₂中处于（000）位的Li原子优先脱离晶体点阵,继后才是位于（2/3 1/3 1/3）和（1/3 2/3 2/3）位的Li原子离开点阵.锂嵌入石墨,优先进入碳原子六方网格面间的间隙位置,当负极的堆垛无序度达到一定值后,3R相逐渐析出.当电池满充或过充时,在六方石墨中形成LiC₁₂和LiC₆相.放电时,与上述过程相反,但并非是完全可逆的. 关键词： 锂离子电池 微结构 X射线衍射 嵌脱锂物理机理