眾多的儲能設備中鋰離子電池由于它能量密度高,循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)異的特點,引起了人們的廣泛關注并將其很好的應用于手機等便攜設備中。隨著計算科學的發(fā)展,計算模擬在研究新型材料方面有著十分重要的作用。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了新型材料二硼化鋯優(yōu)異的鋰離子擴散性能。具體內容如下:1、二硼化鋯上鋰離子擴散性能的研究。首先我們利用CALYPSO軟件包篩選出結構相對穩(wěn)定的新型材料二維二硼化鋯,并對材料本身的穩(wěn)定性進行了計算評估;然后計算了材料的電學性質發(fā)現(xiàn)材料本身呈現(xiàn)金屬性的特性,這一特性有利于鋰離子在其表面的擴散。比較不同位點的吸附能,我們發(fā)現(xiàn)鋰離子吸附在硼原子上方時結構最穩(wěn)定;進一步的鋰離子擴散路徑的模擬結果表明鋰離子在二硼化鋯上具有極低的擴散勢壘(僅為17 me V),這將極大的提升鋰電池的充放電能力。除此以外,我們還計算發(fā)現(xiàn)二硼化鋯具有較高的鋰離子理論容量(526 m Ah g^-1),較低的平均開路電壓(0.236 V)等優(yōu)點。以上諸多的優(yōu)異性能表現(xiàn)證明,二維二硼化鋯是一種良好的潛在新型鋰電池負極材料。2、應變對二硼化鋯上鋰離子擴散性能的影響。隨著可穿...

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【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池概述
        1.2.1 鋰電池概念及發(fā)展歷程
        1.2.2 鋰電池工作原理及特性
    1.3 二維材料概述
        1.3.1 二維材料研究現(xiàn)狀
        1.3.2 二維材料分類
    1.4 鋰電池負極材料
        1.4.1 碳負極材料
        1.4.2 硅負極材料
        1.4.3 過渡金屬化合物負極材料
    1.5 選題背景和研究內容
第二章 理論基礎和計算方法
    2.1 密度泛函理論
        2.2.1 波恩-奧本海默(Born-Oppenheimer)近似
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 交換關聯(lián)泛函
    2.2 過渡態(tài)理論
第3章 二硼化鋯上鋰離子擴散性能的研究
    3.1 引言
    3.2 計算方法及模型
    3.3 結果和討論
        3.3.1 二維Zr₂B₂的電子結構和穩(wěn)定性
        3.3.2 鋰離子在Zr₂B₂上的擴散和吸附
        3.3.3 鋰離子在Zr₂B₂上的理論容量和開路電壓
    3.4 結論
第4章 應變對二硼化鋯上鋰離子擴散性能影響
    4.1 引言
    4.2 計算模型和方法
    4.3 結果和討論
        4.3.1 不同應變下的幾何結構和能帶結構
        4.3.2 不同應變下的擴散勢壘和開路電壓
    4.4 結論
第5章 總結和展望
    5.1 結論總結
    5.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間完成的主要工作



本文編號：3900728