掺杂LiFePO4第一性原理计算和超交换作用研究

论文摘要

LiFePO4是当前锂离子电池新一代正极材料的研究热点之一。本文采用高温固相法合成了Fe位和Li位掺杂的样品,采用XRD（X-ray radial diffraction,X射线衍射分析）、SEM（Scanning electron microscope,扫描电子显微镜观察）、充放电试验等测试手段,从合成方法、结构特征、表面形貌、电化学性能等方面进行了研究,确定了不同掺杂元素的最佳配比。结合第一性原理计算方法,对掺杂磁性原子含量为0.25的结构进行了计算,发现掺杂磁性原子后能带结构变得复杂化,而且更密集。总的电子态密度分布基本没有变化,变化主要集中在费米能级附近的磁性原子3d轨道上,掺入的磁性原子对最近邻的Fe原子的电子分布影响比较大。本文还进一步计算了LiFePO4脱嵌前后的电子结构,结果表明脱嵌前后的能带结构和电子态密度存在差异,为后续对LiFePO4材料进行系统的结构分析奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 4第一性原理计算研究概述'>1.1 橄榄石LiFePO₄第一性原理计算研究概述
• 1.2 本课题的选题思想和研究内容
• 2 实验材料与实验方法
• 2.1 实验材料与仪器
• 4掺杂材料合成方案的确定'>2.2 LiFePO₄掺杂材料合成方案的确定
• 2.3 材料的性能表征
• 2.4 模具电池的制作与测试
• 4样品的制备及性能表征'>3 Fe-位掺杂磁性原子LiFePO₄样品的制备及性能表征
• xFe_1-xPO₄（x=0,0.125,0.25,0.6）样品测试和表征'>3.1 LiCo_xFe_1-xPO₄（x=0,0.125,0.25,0.6）样品测试和表征
• xFe_1-xPO₄（x=0,0.125,0.25,0.6）样品测试和表征'>3.2 LiMn_xFe_1-xPO₄（x=0,0.125,0.25,0.6）样品测试和表征
• xFe_1-xPO₄（x=0,0.125,0.25,0.6）样品测试和表征'>3.3 LiNi_xFe_1-xPO₄（x=0,0.125,0.25,0.6）样品测试和表征
• 3.4 本章小结
• 4的制备及性能表征'>4 Li-位掺杂LiPePO₄的制备及性能表征
• 1-4yTi_yFePO₄（y=0,0.005,0.01,0.02）的制备及性能表征'>4.1 Li_1-4yTi_yFePO₄（y=0,0.005,0.01,0.02）的制备及性能表征
• 1-3yCr_yFePO₄（y=0,0.005,0.01,0.02）的制备及性能表征'>4.2 Li_1-3yCr_yFePO₄（y=0,0.005,0.01,0.02）的制备及性能表征
• 1-5yNb_yFePO₄（y=0,0.005,0.01,0.02,0.07）的制备及性能表征'>4.3 Li_1-5yNb_yFePO₄（y=0,0.005,0.01,0.02,0.07）的制备及性能表征
• 4.4 本章小结
• 4的第一性原理计算研究'>5 掺杂磁性原子的LiFePO₄的第一性原理计算研究
• 5.1 计算方法
• 5.2 第一性原理计算结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者从事科学研究和学习经历的简介
• 攻读硕士期间主要论文
• 附录