Al掺杂的锂离子电池层状正极材料Li(Li0.17Ni0.17Al0.04Fe0.13Mn0.49)O2结构稳定性及氧离子氧化的理论研究

锂离子电池(LIB)正极材料比容量及结构稳定性的提高是提升电池整体性能的重要因素. 本工作选取层状无钴正极材料Li(Li_0.17Ni_0.17Al_0.04Fe_0.13Mn_0.49)O₂ (LNAFMO)为研究对象, 使用GGA (generalized gradient approximation)+U (Hubbard U value)方法研究了体系在充电时几何和电子结构变化、氧释放焓、脱锂形成能和脱锂电压. 研究结果表明, 充电时LNAFMO体系首先Ni氧化, 然后Fe氧化, 最后O氧化. 与未掺杂Al的Li(Li_0.17Ni_0.17Fe_0.17Mn_0.49)O₂ (LNFMO)体系不同的是, 除具有线性Li-O-Li和Fe-O-Li构型的氧离子更容易给出电子外, 具有线性Al-O-Li构型的氧离子也参与电荷补偿, 并且氧离子具有很强的活性, 这将避免参与氧化的氧离子过分集中, 有利于结构的稳定; Al的掺杂能进一步抑制氧的释放, 这将提升体系的结构稳定性和电池循环性能. 该研究为设计一种低经济成本、循环性良好、高能量密度的锂离子电池正极材料奠定了坚实的理论依据.