為了減少對(duì)一次化學(xué)燃料的依賴,發(fā)展化學(xué)電源是實(shí)現(xiàn)電氣化和使用清潔能源的最優(yōu)選擇,眾多電化學(xué)裝置中鋰二次電池因其優(yōu)良性能受到廣泛關(guān)注,提高鋰二次電池能量密度的關(guān)鍵在于材料研究�；诿芏确汉碚摰牡谝恍栽碛�(jì)算方法在材料學(xué)研究中應(yīng)用廣泛,能夠從分子原子尺度解釋物理化學(xué)現(xiàn)象。本論文借助第一性原理計(jì)算方法研究了高能量密度鋰二次電池中的關(guān)鍵材料:固體電解質(zhì)和正極材料。從晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和離子輸運(yùn)等方面研究材料的性質(zhì),解釋摻雜和元素替換等方法對(duì)材料性能改進(jìn)的機(jī)理。為了結(jié)合硫化物固體電解質(zhì)高離子電導(dǎo)和氧化物固體電解質(zhì)高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn),我們首先研究氧元素?fù)诫s對(duì)硫化物電解質(zhì)的作用。以β-Li₃PS₄硫化物固體電解質(zhì)為模型體系,研究氧元素?fù)诫s對(duì)其性質(zhì)的影響。利用第一性原理計(jì)算首先確定了氧摻雜替換硫原子的形式和晶格位置。電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果表明氧元素的摻雜并不會(huì)減小材料的電化學(xué)窗口。鍵價(jià)力場方法和NEB方法對(duì)離子輸運(yùn)的模擬表明氧元素的摻雜會(huì)在摻雜原子周圍打開新的鋰離子遷移通道,驅(qū)動(dòng)材料原本的二維離子輸運(yùn)行為轉(zhuǎn)化為三維。體相和界面的模擬結(jié)果顯示,氧元素的摻雜有助于將高... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

鋰離子電池工作原理的示意圖

圖 1.2 層狀 正極材料結(jié)構(gòu)示意圖。2 Crystal structure of layer structured cathod 是一種理想的層狀正極材料，有著二維+/Co4+氧化還原電對(duì)的電壓較高約 3.9V(vs.論容量，但由于當(dāng)脫鋰量超過 0.5 時(shí)發(fā)生可逆循環(huán)容量往往限制在 140mAh/g 左右3。在 基礎(chǔ)上，O3 結(jié)構(gòu)的 也被對(duì)略低的電壓以及更好的化學(xué)穩(wěn)定性， 希望的高容量正極材料23, 24。然而完美層狀往存在 Li/Ni 的混排，不僅阻礙了鋰離子，另外 材料的熱穩(wěn)定性也比較差在料的高容量，研究者們通過向鎳層中摻雜

幫助我們更好的選擇元素搭配組合設(shè)計(jì)摻雜方案，兼具基礎(chǔ)科研和實(shí)） 高電壓尖晶石材料前文所述提高正極材料可逆容量的方案之外，提高正極材料的輸出電提高能量密度，而在氧化物材料體系內(nèi)，高電壓材料往往出現(xiàn)在尖晶 ( 等)系列材料均有 5V 以上的電壓平臺(tái)以 (通式為 )為典型代表具有如下圖 1.3 所示的立方晶 M3+/M4+分別占據(jù) 8a 四面體位置和 16d 八面體位置，MO6八面體通棱的方式連接成三維骨架，而氧離子依然按照巖鹽結(jié)構(gòu)中立方密排的類材料電壓較高的原因之一在于四面體位置的 Li+離子更加穩(wěn)定具有勢。三維的晶體結(jié)構(gòu)也為鋰離子提供了三維的傳輸通道并保證了脫嵌的穩(wěn)定性。


本文編號(hào)：3304887