锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的制备及性能研究

采用液态混合、固相反应相结合制备了锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C,研究了合成温度对材料结构和电化学性能的影响.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电,电化学交流阻抗(EIS)等测试方法对材料的结构、表观形貌及电化学性能进行表征.考察焙烧温度对Li2FeSiO4/C材料合成及其性能的影响.结果表明:650℃的样品在25℃以0.1C进行恒流充放电,其首次放电容量为103.31 mAh/g,10次循环后的比容量为81.35mAh/g.     

CNGS和CTGS晶体电子结构及成键特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函的第一性原理平面波赝势法对CNGS和CTGS基态的几何结构、电子结构和成键特性进行了系统的研究;利用精确计算的能带结构、态密度和所绘制的电荷密度等值线分析了晶体中各元素对总态密度的贡献和杂化特性和晶体中各阳离子的成键强度和特点;排列出各键的强弱顺序并指出C位(Ga-O键)、B位(X-O键)和D位(Si-O键)是晶体压电特性的主要来源;计算了其折射率,并与实验数据进行了比较,计算误差小于9;.     

锂离子电池三元正极材料研究及应用进展

本文论述了锂电池对正极材料的基本要求和三元材料的主要结构特征,简要回顾了三元正极材料的开发历程及改性研究进展,最后对三元正极材料在3C市场、动力电池市场及储能市场应用方面展开了讨论.     

锂离子电池正极材料LiMnPO4/C的固相法制备及性能研究

以碳酸锂、碳酸锰和磷酸二氢铵为原料,以蔗糖为碳源,采用固相法制备了Li Mn PO4/C复合正极材料。利用正交试验考察了焙烧温度、焙烧时间、球磨时间、锂锰摩尔比和蔗糖用量对材料首次放电比容量的影响,得到了最佳工艺条件。通过XRD、SEM、同步热分析仪和充放电测试仪等测试了材料的结构和电化学性能。所得材料在室温下电流密度为0.1 C、0.5 C和1 C时首次放电比容量分别为130.5 m Ah/g、125.8 m Ah/g和117.1 m Ah/g,经过50次循环性能测试后容量分别为113.2 m Ah/g、98.1 m Ah/g和85.4 m Ah/g;在电流密度为0.1 C且温度为60℃时,其首次放电比容量为156.4 m Ah/g,测试结果表明循环性能较好。     

喷雾干燥法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4及其电化学性能研究

以氢氧化锂,乙酸锰,乙酸镍为原料,采用一次喷雾干燥法合成了LiNi0.5Mn1.5O4前驱体.研究了烧结温度和退火温度对LiNi0.5Mn1.5O4晶形结构、形貌以及电化学性能的影响,采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)对其晶体结构和微观形貌进行表征.结果表明,在900℃下焙烧20 h,600℃下退火30 h合成的LiNi0.5 Mn1.5O4为结晶良好的尖晶石结构,颗粒具有规则的八面体形貌,由粒径在2 μm左右的小颗粒堆积而成.该样品在室温0.1C.倍率下的首次放电容量为133.7 mAh·g-1,循环50次后的容量为123.1 mAh·g-1.     

F掺杂四方钙钛矿结构BiFeO3的铁磁性和电子结构第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了F掺杂四方钙钛矿结构BiFeO3(T-BiFeO3)的铁磁性和电子结构.基于T-BiFeO3的四种磁结构,本文计算了两种可能的掺杂位置,确定了最稳定的T-BiFeO3-x Fx结构.研究发现,不同F的浓度对T-BiFeO3的总磁矩影响不同,当掺杂为T-BiFeO2.75 F0.25时,其总磁矩最大,为2μB.进一步分析发现,T-BiFeO3-x Fx的总磁矩主要来源于F原子及其最近邻的Fe原子.电子结构分析表明,费米能级附近的杂质态主要是掺杂后Fe 3d轨道和O 2p轨道向高能级移动而形成的.另外,T-BiFeO2.75 F0.25具有比较大的极化强度.     

Na-Ti共掺LiFePO4电子结构及弹性性质的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建了Na-Ti共掺LiFePO₄的模型,并利用CASTEP模块计算了共掺体系的电子结构和弹性性质。计算结果表明,由于引入了杂质原子,共掺体系的晶胞参数略微增加,带隙由0.695 eV降低至0.473 eV,电子跃迁所需能量减小。并且锂离子迁移势垒由0.34 eV降低至0.25 eV,使得共掺后的结构导电性增强。弹性性质计算结果表明,共掺后结构的体积模量、剪切模量以及杨氏模量均有不同程度的下降,而计算的泊松比显示材料掺杂前后均为脆性,但共掺杂后的材料塑性强于未掺杂的材料,并且共掺后晶体的各向异性减弱,提高了LiFePO₄的延展性。     

锯齿型ZnO单壁纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(Density functional theory)的计算方法,研究了n--4,6,9的锯齿型(n,0)ZnO单壁纳米管的电子结构,结果表明:锯齿型ZnO单壁纳米管是一种直接宽禁带半导体,其能隙随着横截面的增大而小量增大,并分析了锯齿型单壁纳米管的核外电子分布.     

高能量密度型锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4改性的研究进展

尖晶石镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)具有工作电压高、结构稳定、适合快充快放等特性成为高能量及高功率密度型正极材料的有力竞争者.结合了近几年的研究报道,介绍了LiNi0.5 Mn1.5O4的结构、制备方法、改性方法及其应用前景,着重介绍了LiNi0.5 Mn1.5O4材料晶型结构对其性能的影响,并指出该材料目前存在的问题和研究重点.     

MnO2预处理对LiMn2O4性能的影响研究

以经过硝酸预处理的电解二氧化锰为原料制备尖晶石LiMn2O4,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电对LiMn2O4进行物相、形貌及电化学性质分析.结果表明:采用经硝酸预处理MnO2制备的LiMn2O4粉末X射线衍射峰比未经硝酸预处理MnO2制备的LiMn2O4强度大,峰更尖锐,结晶性更好,粉末颗粒均匀,表面光滑,无团聚现象.经预处理MnO2制备的LiMn2O4在0.2C倍率放电时的比容量为121.1 mAh/g,高于未经预处理MnO2制备的LiMn2O4放电比容量116.7mAh/g,在室温或高温(55℃)不同充放电倍率循环时的容量保持率均高于未经预处理MnO2制备的LiMn2O4.     

Zn1-x HfxO的电子结构和光学性质的第一性原理计算

基于第一性原理密度泛函理论,计算分析了Zn1-xHfxO(x=0,0.0312,0.0417,0.0625和0.1250)体系的晶格结构、电子结构,Mulliken电荷布居和光学性质.计算结果表明,随着Hf掺杂摩尔百分比的增大,晶体体积膨胀,费米能级进入导带,其附近的导带部分主要由杂质原子Hf的5d态贡献,Hf-O离子键成分作用凸显,故Hf的掺杂引入施主能级进而形成n型ZnO材料的可能性较大.且通过比较吸收谱、反射谱和折射谱,发现适量掺入Hf原子可使ZnO体系在高能区的透过率增加,能量损失谱出现红移.这些性质均与实验中Hf掺杂有类似结果,由此可知适量掺杂Hf的ZnO体系有望在制备光电子器件等领域发挥作用.     

Nd掺杂Mg2Si电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,探究了未掺杂Mg2 Si以及Nd掺杂Mg2 Si的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明:Nd掺杂Mg2 Si后,Mg2 Si禁带宽度从0.290 eV降低到0 eV,导电性能提升;未掺杂的Mg2 Si,当光子能量大于0.9 eV时,才开始慢慢具备吸收能力,掺杂Nd之后...     

Sc、Ce掺杂CrSi2的电子结构与光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法对Sc、Ce单掺和共掺后CrSi2的几何结构、电子结构、复介电函数、吸收系数和光电导率进行了计算.结果表明:Sc、Ce掺杂CrSi2的晶格常数增大,带隙变小.本征CrSi2的带隙为0.386 eV,Sc、Ce单掺及共掺CrSi2的禁带宽度分别减小至0.245 eV、0.23...     

Nd、N掺杂和Nd/N共掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了 N掺杂, Nd掺杂,和Nd/N共掺杂对锐钛矿相TiO2晶格参数、能带结构、电荷布居、电子态密度和光吸收性质的影响.结果表明,杂质的引入不同程度的改变了TiO2的晶格参数,Nd的掺杂使TiO6八面体畸变最大;N掺杂TiO2使带隙宽度减小,且在价带顶出现杂质能级;Nd掺杂和Nd/N共掺杂不仅使TiO2带隙宽度减小并在其价带和导带之间出现了空带,空带主要由Nd原子的4f轨道能级所贡献;由于禁带宽度的减小和杂质能级的出现使得掺杂后TiO2的吸收光谱的吸收边向可见光方向移动,增加了物质对光吸收的响应范围.     

超硬B-C-N材料的电子结构、硬度和光学性质的第一性原理计算

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了z-BC₂N和z-B₂CN的4种晶体结构的电子结构、硬度和光学性质。结果表明,z-BC₂N(2)为直接带隙半导体,其禁带宽度2.449 eV,z-BC₂N(1)为间接宽带隙半导体,其禁带宽度为3.381 eV,而z-B₂CN(1)和z-B₂CN(2)为导体;硬度结果显示z-BC₂N(1)、z-BC₂N(2)和z-B₂CN(1)为超硬材料。最后通过计算z-BC₂N基本光学函数与光子能量的关系表征了其光学性质。分析结果表明,z-BC₂N结构可以用作良好的耐磨材料和窗口耐热材料。     

强化固相反应法制备超微LiNi0.5Mn1.5O4粉末的工艺研究

以NiO,MnO2和Li2 CO3粉末为前驱体,采用高能球磨法对其进行活化处理,继而对其进行两段煅烧处理,成功地合成出了具有尖晶石结构的LiNi0.5 MnL5O4超微粉末.采用X射线衍射和扫描电子显微镜对最终产物的物相组成和形貌特征进行了表征.结果表明:经过高能球磨活化处理10 h后的粉末前驱体在700℃煅烧5h之后再在900℃保温1h的产物为结晶性能好的尖晶石型LiNi0.5Mn1.5 O4,粉末粒径大约为600 nm,粒径分布均匀,以0.1C的倍率充放电,最高放电比容量达到127.8 mAh/g,在0.5C倍率下循环50次的容量保持率为98.8;.     

K、Ti掺杂Mg2Si电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,对本征Mg₂Si以及K和Ti掺杂Mg₂Si的几何结构、电子结构和光学性质进行计算分析。计算结果表明本征Mg₂Si是带隙值为0.290 eV的间接带隙半导体材料,K掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si为p型半导体,电子跃迁方式由间接跃迁变为直接跃迁,Ti掺杂Mg₂Si后,Mg₂Si为n型半导体,仍然是间接带隙。K、Ti掺杂后的静介电常数ε₁(0)从20.52分别增大到53.55、69.25,使得掺杂体系对电荷的束缚能力增强。掺杂后,吸收谱和光电导率均发生红移现象,这有效扩大了对可见光的吸收范围,此外可见光区的吸收系数、反射系数以及光电导率都减小,导致透射能力增强,明显改善了Mg₂Si的光学性质。     

(La,Y)掺杂AlN的电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对纯AlN、(La,Y)单掺杂以及La-Y共掺杂AlN 超胞进行几何结构优化,计算了稀土元素(La,Y)掺杂前后体系的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:未掺杂的AlN是直接带隙半导体,带隙值为E_g=4.237 eV,在费米能级附近,态密度主要由Al-3p、N-2s电子轨道贡献电子,光吸收概率大,能量损失较大;掺杂后使得能带结构性质改变,带隙值降低,能带曲线变密集,总态密度整体下移;在光学性质中,稀土元素掺杂后均提高了静态介电常数、光吸收性能,增强了折射率和反射率,减小了电子吸收光子概率及能量损失;其中La-Y共掺体系变化得较为明显。     

翘曲度对锗烯的电子结构及光学性质的影响

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究不同翘曲度下锗烯的电子结构及光学性质,分析翘曲度对电子结构及光学性质的影响。采用六种不同的近似方法对锗烯的几何结构进行优化,得到最稳定的结构体系,在此基础上选取不同的翘曲度,并对翘曲度的稳定性进行论证得到三种较稳定的翘曲结构。通过翘曲度的调节打开锗烯的带隙,并且通过调节翘曲度实现锗烯带隙在间接带隙和直接带隙之间的转化,通过分析态密度解释了能带结构的调控机制,以及翘曲度对锗烯光学性质的影响。研究表明翘曲度能够有效地调控锗烯的电子结构和光学性质,提高光电子利用效率。