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锂离子电池正极材料LiCoO_2的第一性原理研究

胡利云  
【摘要】:基于密度泛函理论,本文采用第一性原理投影平面波赝势方法主要研究了以下两个方面的问题: 一、对锂离子电池正极材料LiCoO_2的体态原子几何结构与电子结构进行了理论研究。给出了其结构——总体态密度与分波态密度、电荷密度分布以及能带结构等,并对三种超晶胞模型进行了简要对比研究。一方面,为了获得LiCoO_2的理论晶格常数和相关的电子结构,以便我们对其有更全面的了解;另一方面,通过和其他理论方法以及实验所得结果相比较,从而说明我们使用的PAW—GGA方法的合理性。我们的计算结果和其他理论、实验值符合的良好。 二、通过第一性原理电子能带结构计算,首次从理论上给出了LiCoO_2 2×2(003)极性表面的几何与电子结构,并提出了LiCoO-2(003)极性表面一种可能的重构模型,为更实际的LiCoO_2表面结构模型研究提供了一个参考方向,即其他可能的表面重构模型的表面能必须更小,从而使得理论计算模型更接近真实情况。本文计算中,我们考虑了两种理想、未重构的LiCoO_2(003)表面模型。计算结果表明:这两种模型表面对外呈现金属特征;而一侧为O终端另一侧为Li终端的表面构型是相对更稳定的,这就间接的解释了使用MgO包覆LiCoO_2能够使其结构更稳定的实验结果[J.Electrochem.Soc.,149(4)A466-A471(2002)]。此外,对于文中提出的表面重构模型,其保持了体态LiCoO_2的半导体特征,原子几何结构驰豫有利于锂离子电池充放电过程中Li离子的嵌入与脱出。


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