近年來,鋰離子電池由于能量密度的增加,被廣泛應(yīng)用在便攜式電子設(shè)備、電動汽車和各類電源設(shè)備等領(lǐng)域。但商業(yè)化的鋰離子電池中始終存在一些難以克服的問題,諸如:低的庫倫效率、循環(huán)壽命以及安全性差等。追究其根源,這些問題都?xì)w結(jié)于鋰離子電池充電過程中石墨陽極表面鋰原子鍍層的持續(xù)累積以及鋰枝晶的產(chǎn)生。到目前為止,人們已經(jīng)從鋰金屬的角度出發(fā),提出了多種抑制再結(jié)晶生長的策略。碳材料尤其是石墨烯,由于其具有高孔隙率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電率等,在充電過程中可以通過降低局部電流密度和離子極化以實現(xiàn)均勻的鋰沉積。但是由于鋰原子的極高活性,其在碳材料表面具體的吸附行為和電子性質(zhì)很難從實驗的角度進(jìn)行探究,鋰枝晶的具體形核機(jī)制以及實驗上采取的抑制措施原理也未有一個清楚的解釋。因此本文以雙層石墨烯作為研究對象,從原子層次出發(fā),利用第一性原理計算方法,探究石墨烯表面不同缺陷和摻雜類型對鋰離子形核的影響,并對鋰枝晶抑制機(jī)制進(jìn)行理論分析。主要的研究內(nèi)容和研究成果如下:（1）石墨烯表面不同缺陷類型對鋰離子形核的影響。分別在單、雙空位缺陷石墨烯表面吸附不同個數(shù)的鋰原子,對鋰的吸附行為、幾何構(gòu)型、能量穩(wěn)定性以及電子特性的變化過程... 

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池簡介
        1.2.1 鋰離子電池工作原理
        1.2.2 鋰離子電池性能特點
        1.2.3 鋰離子電池在應(yīng)用中存在的問題
    1.3 鋰離子電池負(fù)極材料
        1.3.1 非碳類負(fù)極材料研究進(jìn)展
        1.3.2 碳負(fù)極石墨材料研究進(jìn)展
    1.4 第一性原理在石墨烯負(fù)極材料上的應(yīng)用以及研究進(jìn)展
    1.5 本研究的內(nèi)容、目的和意義
第二章 理論計算方法
    2.1 密度泛函理論
        2.1.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.2 Kohn-Sham方程
        2.1.3 交換關(guān)聯(lián)函
    2.2 贗勢平面波方法
    2.3 第一性原理
    2.4 計算參數(shù)設(shè)置以及能量計算
第三章 缺陷石墨烯上的鋰形核行為研究
    3.1 前言
    3.2 石墨烯空位缺陷的形成
    3.3 鋰團(tuán)簇在缺陷石墨烯上的吸附行為
        3.3.1 鋰團(tuán)簇在單空位缺陷上的吸附行為
        3.3.2 鋰團(tuán)簇在雙空位缺陷上的吸附行為
        3.3.3 缺陷石墨烯的結(jié)構(gòu)變化
    3.4 鋰原子吸附在缺陷石墨烯上的穩(wěn)定性
    3.5 鋰原子吸附在缺陷石墨烯上的電子特性
    3.6 不同空位缺陷石墨烯的鋰形核形成機(jī)制
    3.7 本章小結(jié)
第四章 N摻雜缺陷石墨烯的鋰枝晶抑制機(jī)制研究
    4.1 前言
    4.2 氮摻雜缺陷石墨烯類型
    4.3 鋰原子在氮摻雜缺陷石墨烯吸附位點研究
        4.3.1 SV-3N缺陷石墨烯鋰原子的吸附位點
        4.3.2 DV-4N缺陷石墨烯鋰原子的吸附位點
    4.4 鋰原子在氮摻雜缺陷石墨烯的擴(kuò)散機(jī)制及穩(wěn)定性研究
    4.5 氮摻雜缺陷石墨烯吸附鋰的電子特性
    4.6 氮摻雜缺陷石墨烯的鋰枝晶抑制機(jī)制
    4.7 本章小結(jié)
第五章 N、B、S、P共摻雜石墨烯鋰枝晶抑制機(jī)制研究
    5.1 引言
    5.2 N和B、S、P共摻雜石墨烯結(jié)構(gòu)
    5.3 影響N和B、S、P共摻雜石墨烯中枝晶形核的因素
        5.3.1 單個鋰原子的吸附
        5.3.2 鋰原子在石墨烯層間的擴(kuò)散
    5.4 預(yù)測N和B、S、P元素共摻雜后對鋰枝晶生長的影響
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間的成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]低碳經(jīng)濟(jì):人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的新變革[J]. 鮑健強(qiáng),苗陽,陳鋒.  中國工業(yè)經(jīng)濟(jì). 2008(04)

碩士論文
[1]鋰離子電池負(fù)極材料WO3的第一性原理研究[D]. 高占忠.電子科技大學(xué) 2017
[2]鋰離子電池Si-M（M=Ni,Cr）合金負(fù)極材料嵌鋰性質(zhì)的第一性原理研究[D]. 丁靜.湘潭大學(xué) 2016
[3]鋰離子電池負(fù)極材料石墨嵌鋰行為的第一性原理研究[D]. 胡軍平.江西師范大學(xué) 2011



本文編號：3733323