LiFePO4系列电池材料的量子化学计算

论文摘要

新能源的不断开发是人类社会可持续发展的重要基础。随着科技的进步,人们对可移动能源的需求愈来愈强烈。因此,人们在不断寻求价廉、安全、环境友好、性能优异的二次化学电源材料。最近,发现LiMPO4是具备以上优良性能的潜在锂离子电池正极材料。 而分子化学向材料化学发展是大势所趋,研究材料组分分子间相互作用己成为倍受化学家和材料学家关注的领域。本论文主要基于理论计算,研究LiFePO4及LiMPO4的分子结构及成键图像,分析得到了共价键、波函数、态密度等分子内部信息。 本文用离散变分密度泛函（DFT-DVM）方法计算了LiMPO4（M=Mn,Fe,Co和Ni）和FePO4,讨论了组成,电子结构,化学键等与性能之间的关系。在态密度图中,O2p分态密度主要贡献总态密度靠近费米能级的价带,M3d主要贡献总态密度靠近费米能级的导带,其它各个分态密度的主峰则离费米能级较远。 LiFePO4的离子键和共价键强度都比FePO4低,以及态密度的变化都表明,LiFePO4的电导率比FePO4高,这在一些实验中已经得到了证明。从LiMnPO4到LiNiPO4,离子键和共价键强度都降低,再加上态密度的比较都表明,从LiMnPO4到LiNiPO4电导率逐渐升高,这与实验结果一致。 另外,本文还用离散变分密度泛函（DFT-DVM）方法计算了在LiFePO4中掺杂M原子（M=Mn,Co和Ni）,讨论了组成,电子结构,化学键等与性能之间的关系。从LiFexMn1-xPO4到LiFexNi1xPO4,离子键和共价键强度都降低,再加上态密度的比较都表明,从LiFexMn1-xPO4到LiFexNi1-xPO4电导率逐渐升高,这还需要更进一步的实验数据。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 锂离子二次电池正极材料的研究进展
• 4的电池原理及电化学性能'>1.2 LiFePO₄的电池原理及电化学性能
• 4的制备和发展'>1.3 关于LiFePO₄的制备和发展
• 4及其改性材料的合成方法'>1.3.1 LiFePO₄及其改性材料的合成方法
• 4存在的问题和展望'>1.3.2 LiFePO₄存在的问题和展望
• 1.4 计算方法
• 1.4.1 密度泛函的理论
• 1.4.2 离散变分方法
• 4及LiMPO₄类锂离子二次电池正极材料的意义'>1.5 理论研究LiFePO₄及LiMPO₄类锂离子二次电池正极材料的意义
• 1.6 前人的相关研究和结论
• 1.7 本论文研究的内容
• 4电子体系计算模型及计算'>第2章 LiFePO₄电子体系计算模型及计算
• 4计算模型'>2.1 FePO₄计算模型
• 4的计算模型'>2.1.1 FePO₄的计算模型
• 4的计算模型'>2.1.2 LiFePO₄的计算模型
• 2.2 计算结果及讨论
• 2.2.1 净电荷：
• 2.2.2 共价键
• 2.2.3 态密度
• 4（M=Mn，Co，Ni）电子体系计算模型及计算'>第3章 LiMPO₄（M=Mn，Co，Ni）电子体系计算模型及计算
• 4（M=Mn，Co，Ni）系列电子体系计算模型'>3.1 LiMPO₄（M=Mn，Co，Ni）系列电子体系计算模型
• 3.2 计算结果及讨论
• 3.2.1 净电荷
• 3.2.3 共价键
• 3.2.3 态密度
• 4掺杂电子体系计算模型及计算'>第4章 LiFePO₄掺杂电子体系计算模型及计算
• 4.1 计算模型
• 4.2 计算结果及讨论
• 4.2.1 净电荷
• 4.2.2 共价键
• 4.2.3 态密度
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢