锂离子层状正极材料LiMO2（M=Co，Ni，Mn）的第一性原理的研究

论文摘要

本研究基于密度泛函理论,以第一性原理研究的方法,对锂离子层状结构的正极材料LiMO2（M=Co,Ni,Mn）进行了研究。首先锂离子层状正极材料的LiCoO2、LiNiO2和m-LiMnO2进行模拟,通过vasp软件优化结构,得到较精密稳定的理论晶格常数,得到它们的精确的体态原子结构,并且通过对总态密度和分波态密度的分析得到它们的微观电子结构分布,分析了由于电子结构的影响形成原子结构的物理原因,并且对LiNiO2和m-LiMnO2表现出的Jahn-Teller效应的进行解释。然后通过模拟掺杂的办法研究用Co和Mn对LiNiO2掺杂形成的LiCo1/2Ni1/2O2和LiNi1/2Mn1/2O2化合物,并解释掺杂抑制LiNiO2的Jahn-Teller的物理原因,且从理论上得出Mn离子对稳定性和Co离子对电导率的贡献。最后通过计算机模拟脱嵌锂过程比较材料的稳定性,得到与实验很一致的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池的发展历史及工作原理
• 1.2.1 锂离子电池的发展历史
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理
• 1.2.3 锂离子电池的优缺点
• 1.2.4 锂离子电池的结构
• 1.3 锂离子电池层状正极材料的种类
• 2'>1.3.1 层状LiCo0₂
• 2'>1.3.2 层状LiNi0₂
• 2'>1.3.3 层状LiMn0₂
• 1-x-yCo_xMn_y0₂'>1.3.4 层状LiNi_1-x-yCo_xMn_y0₂
• 1.4 本论文的工作
• 参考文献
• 第二章 计算软件概述和晶体场理论基础
• 2.1 第一性原理和VASP 的简单介绍
• 2.2 晶体场与过渡金属d 电子结构的一般性质
• 2.2.1 d 轨道能级的分裂
• 2.2.2 d 轨道电子排布——高自旋态和低自旋态
• 2.2.3 Jahn-Teller 效应
• 参考文献
• 2（M=Co、Ni、Mn）的第一性原理研究'>第三章 单相LiM0₂（M=Co、Ni、Mn）的第一性原理研究
• 3.1 理论计算方法和计算模型
• 2 的第一性原理研究'>3.2 层状LiCo0₂的第一性原理研究
• 2 的研究现状'>3.2.1 层状LiCo0₂的研究现状
• 2 晶体结构'>3.2.2 LiCo0₂晶体结构
• 2 的电子结构'>3.2.3 LiCo0₂的电子结构
• 2 的第一性原理研究'>3.3 层状LiNi0₂的第一性原理研究
• 2 的研究现状'>3.3.1 层状LiNi0₂的研究现状
• 2 晶体结构'>3.3.2 LiNi0₂晶体结构
• 2 的电子结构'>3.3.3 LiNi0₂的电子结构
• 2 的第一性原理研究'>3.4 层状m-LiMn0₂的第一性原理研究
• 2 的研究现状'>3.4.1 层状m-LiMn0₂的研究现状
• 2 晶体结构'>3.4.2 m-LiMn0₂晶体结构
• 2 的电子结构'>3.4.3 m-LiMn0₂的电子结构
• 3.5 本章结论
• 参考文献
• 2（M=Co,Ni,Mn）的第一性原理研究'>第四章 多相LiM0₂（M=Co,Ni,Mn）的第一性原理研究
• 1/2Ni_1/20₂ 的第一性原理计算'>4.1 LiC0_1/2Ni_1/20₂的第一性原理计算
• 1-xNi_x0₂ 的研究现状'>4.1.1 LiC0_1-xNi_x0₂的研究现状
• 1/2Ni_1/20₂ 晶体结构'>4.1.2 LiCo_1/2Ni_1/20₂晶体结构
• 1/2Ni_1/20₂ 的电子结构'>4.1.3 LiCo_1/2Ni_1/20₂的电子结构
• 1/2Mn_1/20₂ 的第一性原理计算'>4.2 LiNi_1/2Mn_1/20₂的第一性原理计算
• 1-x0₂ 的研究现状'>4.2.1 LiNixMn_1-x0₂的研究现状
• 1/2Mn_1/20₂ 的晶体机构'>4.2.2 LiNi_1/2Mn_1/20₂的晶体机构
• 1/2Mn_1/20₂ 的电子结构'>4.2.3 LiNi_1/2Mn_1/20₂的电子结构
• 2（M=Co、Ni、Mn）稳定性第一性原理研究'>4.3 有关LiM0₂（M=Co、Ni、Mn）稳定性第一性原理研究
• 4.4 本章结论
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 硕士期间论文发表情况
• 致谢