锂离子电池正极材料LiFePO4的第一性原理研究

论文摘要

基于密度泛函理论,本文采用第一性原理超软赝势方法结合广义梯度近似方法主要研究了以下三个方面的问题:一、对锂离子电池正极材料LiFePO4的体态原子几何结构,电子结构进行了理论研究。给出了其结构――总态密度与分波态密度、电荷密度分布及能带结构等。此项工作一方面是为了获得LiFePO4的理论晶格常数,另一方面,通过与其他的理论和试验方法做比较,从而说明我们使用的USPP+GGA方法的合理性。结果证实本论文的计算结果和其他理论、实验结果均符合的很好。二、利用第一性原理对锂离子电池正极材料LiFePO4的掺杂体系LiMxFe1-xPO4的电子结构及局域结构进行了详细的研究,同时也详细的计算及分析了体系的总态密度和分波态密度,结果表明过渡金属的铁位掺杂能够提高体系的电子电导率。三、利用基于密度泛函理论的的第一性原理对体系LiFePO4的几种表面终端模型（100）、（010）和（001）进行了计算。结果表明,（010）表面是最稳定的终端,此外,表面的铁原子的磁矩与相应体块材料的铁原子的磁矩相比也发生了比较大的变化。

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 锂离子电池的结构
• 1.2.3 锂离子电池的工作原理
• 1.3 锂离子电池的主要优点和缺点
• 1.3.1 锂离子电池的主要优点
• 1.3.2 锂离子电池的主要缺点
• 1.4 本论文的工作
• 参考文献
• 第二章 第一性原理计算方法概述
• 2.1 Hartree-Fock 方法
• 2.1.1 绝热近似
• 2.1.2 Hartree-Fock 近似
• 2.2 密度泛函理论
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn 定理
• 2.2.2 Kohn-Sham 方程
• 2.2.3 自洽计算
• 2.2.4 局域密度近似和广义梯度近似
• 2.3 赝势平面波方法
• 2.3.1 对模守恒赝势的讨论
• 2.3.2 超软赝势
• 2.4 能带电子的平面波基底展开
• 2.5 结构优化
• 参考文献
• 4 掺杂体系的第一性原理研究'>第三章 LiFePO₄掺杂体系的第一性原理研究
• 3.1 引言
• 3.2 理论计算方法和掺杂模型
• 3.3 掺杂体系几何及电子结构
• 3.3.1 晶体几何结构
• 3.3.2 电子结构
• 3.4 本章总结
• 参考文献
• 4表面电子结构与稳定性的第一性原理研究'>第四章LiFePO₄表面电子结构与稳定性的第一性原理研究
• 4.1 引言
• 4.2 计算方法和表面模型
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 表面几何结构
• 4.3.2 表面截断能
• 4.3.3 电子结构
• 4.4 本章总结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 硕士期间论文发表情况
• 致谢