發(fā)布時間：2017-10-01 08:10

  本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池層狀電極材料晶格動力學(xué)的第一性原理研究

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【摘要】：基于密度泛函理論(DFT)的電子結(jié)構(gòu)計算,完美地解釋了許多材料的物理和化學(xué)性質(zhì),而且在材料性能預(yù)測及功能設(shè)計方面作用日益突出�？墒堑侥壳盀橹乖阡囯x子電池電極材料的計算和模擬中,大量的計算都集中在材料的基態(tài)(0K)性質(zhì)上,而鋰離子電池通常工作在有限溫度下,此時材料的結(jié)構(gòu)將與其基態(tài)結(jié)構(gòu)有所區(qū)別。溫度對于電極材料的結(jié)構(gòu)影響很大,而溫度的影響主要體現(xiàn)在材料熱力學(xué)性質(zhì)上。另外,鋰離子電池電壓理論計算值常常與實驗值有一定的誤差,其主要原因是計算中沒有考慮熵的影響,而熵是材料一個很重要的熱力學(xué)參數(shù)。綜上,我們可以發(fā)現(xiàn),對電極材料在實驗中獲得的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行理論模擬,熱力學(xué)性質(zhì)是必需考慮的。本文以此為切入點,考慮了晶格振動,研究了層狀材料的晶格動力學(xué)性質(zhì)以及其熱力學(xué)性質(zhì)(如赫姆霍茲自由能,振動熵和熱容)。一方面,我們研究了鋰離子電池一元層狀正極材料LiMO2(M=Co Ni Mn)的晶格動力學(xué)性質(zhì),分析其聲子色散曲線特性,從原子尺度了解其晶格振動的特征,并將理論計算的熱力學(xué)量與已有的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,驗證了我們計算的結(jié)果。另一方面,我們研究了二維層狀材料氫化硅烯和氫化鍺烯在不同應(yīng)變條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱力學(xué)性質(zhì),發(fā)現(xiàn)二維層狀材料在拉應(yīng)變下能保持結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定,而在壓應(yīng)變作用下變得不穩(wěn)定,聲子譜出現(xiàn)虛頻,且虛頻大小會隨壓應(yīng)變的增大而增大。基于在拉應(yīng)變下穩(wěn)定的體系,我們考慮了拉應(yīng)變對體系的熱力學(xué)量的影響,發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)量與拉應(yīng)變關(guān)系不大。
【關(guān)鍵詞】：層狀材料 第一性原理 密度泛函微擾理論 晶格振動 聲子譜 熱力學(xué)量
【學(xué)位授予單位】：江西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 第一章 緒論6-12
• 1.1 引言6-7
• 1.2 鋰離子電池的工作原理及其優(yōu)缺點7-9
• 1.3 鋰離子電池電極材料簡介9-10
• 1.4 本論文研究的意義10-12
• 第二章 晶格振動理論計算基礎(chǔ)和晶體的熱力學(xué)模型簡介12-21
• 2.1 晶格動力學(xué)理論計算基礎(chǔ)12-17
• 2.1.1 密度泛函微擾理論：基于電子結(jié)構(gòu)的晶格動力學(xué)理論12-14
• 2.1.2 密度泛函理論14-15
• 2.1.3 聲子色散計算15-17
• 2.2 晶體的熱力學(xué)函數(shù)17
• 2.3 聲子色散和熱力學(xué)性質(zhì)計算的操作過程17-21
• 2.3.1 Quantum-ESPRESSO17-18
• 2.3.2 VASP&Phonopy18-21
• 第三章 鋰離子電池一元層狀正極材料的晶格動力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)21-31
• 3.1 LiMO_2 (M=Co Ni Mn)的晶格動力學(xué)性質(zhì)21-29
• 3.1.1 計算參數(shù)21-22
• 3.1.2 LiMO_2(M=Co Ni Mn)的晶體結(jié)構(gòu)22-25
• 3.1.3 LiMO_2(M=Co Ni Mn)的晶格振動譜25-29
• 3.2 LiMO_2(M=Co Ni Mn)的熱力學(xué)性質(zhì)29-31
• 第四章 氫化硅烯和氫化鍺烯在應(yīng)變作用下的晶格動力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)31-38
• 4.1 氫化硅烯和氫化鍺烯的原子結(jié)構(gòu)模型32-34
• 4.2 氫化硅烯和氫化鍺烯的聲子色散曲線34-36
• 4.3 氫化硅烯和氫化鍺烯的熱力學(xué)性質(zhì)36-38
• 結(jié)論38-39
• 參考文獻(xiàn)39-43
• 致謝43-44
• 在讀研期間公開發(fā)表論文（著）即科研情況44

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