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第一性原理计算研究黑磷嵌锂态的动力学性能

曾祥明 鄢慧君 欧阳楚英

第一性原理计算研究黑磷嵌锂态的动力学性能

曾祥明, 鄢慧君, 欧阳楚英
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  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对锂离子电池负极材料黑磷在嵌锂过程中的产物LiP5, Li3P7以及LiP的晶体结构与电子结构进行了研究与分析. 通过计算这几种材料的电子结构, 发现黑磷嵌锂后的这几种相均为半导体能带结构, 其带隙均比黑磷嵌锂前的带隙大, 表明黑磷嵌锂后的电子电导性能降低了. 利用弹性能带方法模拟了Li离子在LiP5, Li3P7和LiP材料中的扩散, 从理论上得到了Li离子的扩散势垒,并与其他电极材料进行了比较, 发现Li离子在各种嵌锂态的材料中都能够比较快速的扩散. 计算结果表明, Li在LiP5中的扩散系数大约为10-4 cm2/s, 扩散通道是一维的; Li在Li3P7中的扩散系数为10-7—10-6 cm2/s, 扩散通道是三维的; Li在LiP中的扩散系数为10-8—10-5 cm2/s, 扩散通道是三维的.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11064004)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-02-16
  • 修回日期:  2012-07-11
  • 刊出日期:  2012-12-05

第一性原理计算研究黑磷嵌锂态的动力学性能

  • 1. 新余学院新能源系, 新余 338004;
  • 2. 江西师范大学物理系, 南昌 330022
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11064004)资助的课题.

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对锂离子电池负极材料黑磷在嵌锂过程中的产物LiP5, Li3P7以及LiP的晶体结构与电子结构进行了研究与分析. 通过计算这几种材料的电子结构, 发现黑磷嵌锂后的这几种相均为半导体能带结构, 其带隙均比黑磷嵌锂前的带隙大, 表明黑磷嵌锂后的电子电导性能降低了. 利用弹性能带方法模拟了Li离子在LiP5, Li3P7和LiP材料中的扩散, 从理论上得到了Li离子的扩散势垒,并与其他电极材料进行了比较, 发现Li离子在各种嵌锂态的材料中都能够比较快速的扩散. 计算结果表明, Li在LiP5中的扩散系数大约为10-4 cm2/s, 扩散通道是一维的; Li在Li3P7中的扩散系数为10-7—10-6 cm2/s, 扩散通道是三维的; Li在LiP中的扩散系数为10-8—10-5 cm2/s, 扩散通道是三维的.

English Abstract

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