高效合理地轉(zhuǎn)化、存儲和利用在自然界中存在廣泛且供應(yīng)不斷的清潔能源,例如太陽能、水能和風(fēng)能等,是人類保護(hù)和治理當(dāng)今環(huán)境的關(guān)鍵和根本所在,是推動人類社會經(jīng)濟(jì)走出發(fā)展瓶頸的一條捷徑,同樣也是必由之路。目前,使用鋰離子電池是清潔能源實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)化、存儲和利用的重要方式。隨著對高功率、大容量和長循環(huán)壽命鋰離子電池需求的不斷增加,人們開始尋求新一代電極材料,而電極材料的力學(xué)穩(wěn)定性能對鋰電池的安全使用具有至關(guān)重要的作用。本文應(yīng)用第一性原理方法研究了新型鋰離子電池電極材料,包括IVA族材料（Si、Ge和Sn）和二維材料（石墨烯、硅烯和2H-MoS₂）在嵌鋰過程中的力學(xué)穩(wěn)定性,并揭示了其力學(xué)特性變化的微觀機(jī)理,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:1.應(yīng)用密度泛函理論研究了鋰離子嵌入后IVA材料的力學(xué)穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)材料的彈性常數(shù)C₁₁和C₄₄隨鋰嵌入濃度的增加而減小,并且有明顯的體積膨脹和彈性軟化現(xiàn)象,材料的力學(xué)穩(wěn)定性也隨之減弱。通過進(jìn)一步研究電子摻雜對IVA材料力學(xué)穩(wěn)定性的影響,我們發(fā)現(xiàn)了與鋰離子嵌入相同的結(jié)果。結(jié)果表明,電子摻雜效應(yīng)是導(dǎo)致IV族材料在鋰... 

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究工作的背景與意義
    1.2 鋰離子電池簡介
        1.2.1 鋰離子電池的歷史與發(fā)展
        1.2.2 鋰離子電池基本工作原理
        1.2.3 鋰離子電池的特性
        1.2.4 鋰離子電池的電極材料簡介
    1.3 論文主要工作內(nèi)容概述
    1.4 本論文結(jié)構(gòu)安排
第二章 基本理論
    2.1 價(jià)電子近似
    2.2 玻恩-奧本海默近似
    2.3 哈特里-福克方法
    2.4 密度泛函理論
    2.5 局域密度近似和廣義梯度近似
    2.6 布洛赫定理
    2.7 贗勢和外部勢的處理
    2.8 SIESTA軟件包
第三章 電子/鋰摻雜對Si,Ge和 Sn電極材料力學(xué)穩(wěn)定性的影響
    3.1 引言
    3.2 計(jì)算方法
    3.3 結(jié)果和討論
        3.3.1 Li摻雜對電極材料的力學(xué)穩(wěn)定性能的影響
        3.3.2 電子摻雜對電極材料的力學(xué)穩(wěn)定性能的影響
    3.4 本章小結(jié)
第四章 二維材料(石墨烯/硅烯/MoS_2)鋰化過程中力學(xué)性能研究
    4.1 引言
    4.2 計(jì)算方法
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 石墨烯
        4.3.2 硅烯
        4.3.3 2H-MoS_2
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 工作總結(jié)
    5.2 創(chuàng)新之處
    5.3 未來展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和獲獎情況



本文編號：3684892