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Al, Fe, Mg掺杂Li2MnSiO4的电子结构和电化学性能的第一性原理研究

嘉明珍 王红艳 陈元正 马存良 王辉

Al, Fe, Mg掺杂Li2MnSiO4的电子结构和电化学性能的第一性原理研究

嘉明珍, 王红艳, 陈元正, 马存良, 王辉
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  • 硅酸锰锂作为锂离子电池正极材料因具有高的理论电容量而一直备受关注, 但其较低的导电率和较差的循环性能阻碍了进一步的发展. 采用第一性原理广义梯度近似GGA+U的方法, 研究了Al, Fe, Mg掺杂Li2MnSiO4的电子结构、 脱嵌锂电压和导电性. 研究发现, Al 掺杂的Li2Mn0.5Al0.5SiO4结构中载流子的数目增加, 电子自旋向上和向下的态密度均穿过费米能级, 呈现金属特性, 提高了体系的导电率. 脱锂LixMnSiO4 (x=1, 0)结构中, 通过计算一次脱锂相结构的形成能得到Al掺杂的一次脱锂结构最稳定, 并且Al掺杂的脱锂相结构体积变化小, 有利于材料循环性能的提高, 同时第一个锂离子脱嵌电压与未掺杂时(4.2 V)相比降低到2.7 V. Fe掺杂降低了Li2MnSiO4的带隙, 第一个锂离子脱嵌电压降低到3.7 V. 研究表明, Al的掺杂效果优于Fe和Mg, 更利于硅酸锰锂电化学性质的提高.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11174237, 11404268)、四川省应用基础项目(批准号: 2013JY0035)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 2682014ZT30)资助的课题.
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    Longo R C, Xiong K, KC S, Cho K 2014 Electrochim. Acta 121 434

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-28
  • 修回日期:  2014-11-30
  • 刊出日期:  2015-04-20

Al, Fe, Mg掺杂Li2MnSiO4的电子结构和电化学性能的第一性原理研究

  • 1. 西南交通大学物理科学与技术学院, 成都 610031;
  • 2. 西南交通大学, 材料先进技术教育部重点实验室, 成都 610031
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11174237, 11404268)、四川省应用基础项目(批准号: 2013JY0035)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 2682014ZT30)资助的课题.

摘要: 硅酸锰锂作为锂离子电池正极材料因具有高的理论电容量而一直备受关注, 但其较低的导电率和较差的循环性能阻碍了进一步的发展. 采用第一性原理广义梯度近似GGA+U的方法, 研究了Al, Fe, Mg掺杂Li2MnSiO4的电子结构、 脱嵌锂电压和导电性. 研究发现, Al 掺杂的Li2Mn0.5Al0.5SiO4结构中载流子的数目增加, 电子自旋向上和向下的态密度均穿过费米能级, 呈现金属特性, 提高了体系的导电率. 脱锂LixMnSiO4 (x=1, 0)结构中, 通过计算一次脱锂相结构的形成能得到Al掺杂的一次脱锂结构最稳定, 并且Al掺杂的脱锂相结构体积变化小, 有利于材料循环性能的提高, 同时第一个锂离子脱嵌电压与未掺杂时(4.2 V)相比降低到2.7 V. Fe掺杂降低了Li2MnSiO4的带隙, 第一个锂离子脱嵌电压降低到3.7 V. 研究表明, Al的掺杂效果优于Fe和Mg, 更利于硅酸锰锂电化学性质的提高.

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