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表面效应对锂离子电池正极材料LiMn2O4性能的影响

胡国进 欧阳楚英

表面效应对锂离子电池正极材料LiMn2O4性能的影响

胡国进, 欧阳楚英
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  • 应用基于自旋极化和广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)的密度泛函理论计算,研究了锂离子电池正极材料LiMn2O4 (001)表面原子和电子结构.发现表面和亚表面附近的原子在垂直于(001)面的方向上具有非常大的弛豫,这对LiMn2O4材料在锂离子电池中应用时发现的表面Mn的溶解现象有很大关联.由于表面效应,在LiMn2O4 (001) 表面只有三价Mn3+离子存在,而这些三价锰离子非常活跃,在该材料电极/电解液界面很容易发生歧化反应,从而加速了Mn的溶解.其他计算结果也和实验观察相符合.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 10604023)和江西省教育厅科研项目(批准号: JGG10398)资助的课题.
    [1]

    Zhou Z, Yan T Y, Gao X P 2006 Acta Phys. Chim. Sin. 22 1168

    [2]

    Tarascon J M, McKinnon W R, Coowar F, Bowmer T N, Amatucci G, Guyomard D 1994 J. Electrochem. Soc. 141 1421

    [3]

    Goodenough J B 1994 Solid State Ionics 69 184

    [4]

    Yamada I, Abe T, Iriyama Y, Ogumi Z 2003 Electrochem. Comm. 5 502

    [5]

    Eriksson T, Gustafsson T, Thomas J 2002 Electrochem. Solid-State Lett. 5 A35

    [6]

    Eftekhari A 2004 Solid State Ionics 167 237

    [7]

    Kannan A M, Manthiram A 2002 Electrochem. Solid-State Lett. 5 A167

    [8]

    Thackeray M M, David W F, Bruce P G, Goodenough J B 1983 Mater. Res. Bull. 18 461

    [9]

    Gummow R J, Kock A, Thackeray M M 1994 Solid State Ionics 69 59

    [10]

    Choi W, Manthiram A 2006 J. Electrochem. Soc. 153 A1760

    [11]

    Gao Y, Reimers J N, Dahn J R 1996 Phys. Rev. B 54 3837

    [12]

    Mishra S K, Ceder G 1999 Phys. Rev. B 59 6120

    [13]

    Morgan D, Wang B, Ceder G, Walle A V 2003 Phys. Rev. B 67 134404

    [14]

    Ouyang C Y, Shi S Q, Wang Z X, Li H, Huang X J, Chen L Q 2004 Solid State Commun. 130 501

    [15]

    Ouyang C Y, Shi S Q, Wang Z X, Li H, Huang X J, Chen L Q 2004 Europhys. Lett. 67 28

    [16]

    Ouyang C Y, Du Y L, Shi S Q, Lei M S 2009 Phys. Lett. A 373 2796

    [17]

    Liu H Y, Hou Z F, Zhu Z Z, Huang M C, Yang Y 2003 Acta Phys. Sin. 52 1732 (in Chinese) [刘慧英、 侯柱锋、 朱梓忠、 黄美纯、 杨 勇 2003 物理学报 52 1732]

    [18]

    Jin S Z, Huang Z F, Ming X, Wang C Z, Meng X, Chen G 2007 Acta Phys. Sin. 56 6008 (in Chinese) [金胜哲、 黄祖飞、 明 星、 王春忠、 孟 醒、 陈 岗 2007 物理学报 56 6008]

    [19]

    Zhong Z Y, Nie Z Y, Du Y L, Ouyang C Y, Shi S Q, Lei M S 2009 Chin. Phys. B 18 2492

    [20]

    Hou X H, Hu S J, Li W S, Ru Q, Yu H W, Huang Z W 2008 Chin. Phys. B 17 3422

    [21]

    Free DFT simulation package DACAPO: https://wiki.fysik.dtu.dk/dacapo

    [22]

    Perdew J P, Chevary J A, Vosko S H, Jackson K A, Pederson M R, Singh D J, Fiolhais C. 1992 Phys. Rev. B 46 6671

    [23]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 R7892

    [24]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

  • [1]

    Zhou Z, Yan T Y, Gao X P 2006 Acta Phys. Chim. Sin. 22 1168

    [2]

    Tarascon J M, McKinnon W R, Coowar F, Bowmer T N, Amatucci G, Guyomard D 1994 J. Electrochem. Soc. 141 1421

    [3]

    Goodenough J B 1994 Solid State Ionics 69 184

    [4]

    Yamada I, Abe T, Iriyama Y, Ogumi Z 2003 Electrochem. Comm. 5 502

    [5]

    Eriksson T, Gustafsson T, Thomas J 2002 Electrochem. Solid-State Lett. 5 A35

    [6]

    Eftekhari A 2004 Solid State Ionics 167 237

    [7]

    Kannan A M, Manthiram A 2002 Electrochem. Solid-State Lett. 5 A167

    [8]

    Thackeray M M, David W F, Bruce P G, Goodenough J B 1983 Mater. Res. Bull. 18 461

    [9]

    Gummow R J, Kock A, Thackeray M M 1994 Solid State Ionics 69 59

    [10]

    Choi W, Manthiram A 2006 J. Electrochem. Soc. 153 A1760

    [11]

    Gao Y, Reimers J N, Dahn J R 1996 Phys. Rev. B 54 3837

    [12]

    Mishra S K, Ceder G 1999 Phys. Rev. B 59 6120

    [13]

    Morgan D, Wang B, Ceder G, Walle A V 2003 Phys. Rev. B 67 134404

    [14]

    Ouyang C Y, Shi S Q, Wang Z X, Li H, Huang X J, Chen L Q 2004 Solid State Commun. 130 501

    [15]

    Ouyang C Y, Shi S Q, Wang Z X, Li H, Huang X J, Chen L Q 2004 Europhys. Lett. 67 28

    [16]

    Ouyang C Y, Du Y L, Shi S Q, Lei M S 2009 Phys. Lett. A 373 2796

    [17]

    Liu H Y, Hou Z F, Zhu Z Z, Huang M C, Yang Y 2003 Acta Phys. Sin. 52 1732 (in Chinese) [刘慧英、 侯柱锋、 朱梓忠、 黄美纯、 杨 勇 2003 物理学报 52 1732]

    [18]

    Jin S Z, Huang Z F, Ming X, Wang C Z, Meng X, Chen G 2007 Acta Phys. Sin. 56 6008 (in Chinese) [金胜哲、 黄祖飞、 明 星、 王春忠、 孟 醒、 陈 岗 2007 物理学报 56 6008]

    [19]

    Zhong Z Y, Nie Z Y, Du Y L, Ouyang C Y, Shi S Q, Lei M S 2009 Chin. Phys. B 18 2492

    [20]

    Hou X H, Hu S J, Li W S, Ru Q, Yu H W, Huang Z W 2008 Chin. Phys. B 17 3422

    [21]

    Free DFT simulation package DACAPO: https://wiki.fysik.dtu.dk/dacapo

    [22]

    Perdew J P, Chevary J A, Vosko S H, Jackson K A, Pederson M R, Singh D J, Fiolhais C. 1992 Phys. Rev. B 46 6671

    [23]

    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 R7892

    [24]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

  • [1] 梁小蕊, 赵 波, 周志华. 几种香豆素衍生物分子的二阶非线性光学性质的从头算研究. 物理学报, 2006, 55(2): 723-728. doi: 10.7498/aps.55.723
    [2] 姬广富, 赵峰, 孟川民, 宋振飞, 崔红玲, 李晓凤, 张艳丽. 从头算方法研究面心立方铝在高温高压下的热力学状态方程. 物理学报, 2009, 58(6): 4103-4108. doi: 10.7498/aps.58.4103
    [3] 李国旗, 张小超, 丁光月, 樊彩梅, 梁镇海, 韩培德. BiOCl{001}表面原子与电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(12): 127301. doi: 10.7498/aps.62.127301
    [4] 韩晓琴, 肖夏杰, 刘玉芳. HNO(1A’)自由基的从头算势能曲线. 物理学报, 2013, 62(19): 193101. doi: 10.7498/aps.62.193101
    [5] 韩晓琴. SiF2(1A1)自由基的从头算及势能函数. 物理学报, 2014, 63(23): 233101. doi: 10.7498/aps.63.233101
    [6] 于俊华, 闫 冰, 潘守甫, 王志刚. S3解离中的非绝热过程. 物理学报, 2006, 55(4): 1736-1739. doi: 10.7498/aps.55.1736
    [7] 周晶晶, 陈云贵, 吴朝玲, 郑欣, 房玉超, 高涛. 新型轻质储氢材料的第一性原理原子尺度设计. 物理学报, 2009, 58(7): 4853-4861. doi: 10.7498/aps.58.4853
    [8] 饶建平, 欧阳楚英, 雷敏生, 江风益. 第一性原理计算研究金属Nb和间隙氢原子的相互作用 . 物理学报, 2012, 61(4): 047105. doi: 10.7498/aps.61.047105
    [9] 韦联福. q-玻色湮没算符二次方的本征态. 物理学报, 1993, 42(5): 757-761. doi: 10.7498/aps.42.757
    [10] 徐秀玮, 赵继德, 任廷琦. 多维相空间中任意指数二次型算符的矩阵元. 物理学报, 2000, 49(1): 17-19. doi: 10.7498/aps.49.17
    [11] 朱镛, 张道范. α-碘酸锂的电流弛豫和偏压场作用下表观介电常数弛豫行为. 物理学报, 1980, 175(4): 454-460. doi: 10.7498/aps.29.454
    [12] 李列明, 冯伟国, 孙鑫. 金属-真空表面的二次谐波理论. 物理学报, 1990, 39(4): 620-626. doi: 10.7498/aps.39.620
    [13] 韩晓琴, 肖夏杰, 刘玉芳. OH, OCI, HOCI(1A')的从头算与势能曲线. 物理学报, 2012, 61(16): 163101. doi: 10.7498/aps.61.163101
    [14] 桑萃萃, 万建杰, 丁晓彬, 蒋 军, 董晨钟. 锂原子光电离过程中的弛豫效应. 物理学报, 2008, 57(4): 2152-2160. doi: 10.7498/aps.57.2152
    [15] 刘 峰, 阎守胜. 非理想第二类超导体局域磁弛豫的计算模拟:非均匀钉扎势和表面势垒影响. 物理学报, 2000, 49(9): 1829-1837. doi: 10.7498/aps.49.1829
    [16] 张开明, 叶令. Si(111)表面原子弛豫研究. 物理学报, 1980, 169(1): 122-126. doi: 10.7498/aps.29.122
    [17] 夏建白. Si,GaAs(111)表面弛豫效应. 物理学报, 1984, 33(2): 143-153. doi: 10.7498/aps.33.143
    [18] 李乐, 董抒雁, 王恭明, 章志鸣, 俞公达. 光学二次谐波法研究银表面吸附吡啶分子的特性. 物理学报, 1989, 38(2): 301-306. doi: 10.7498/aps.38.301
    [19] 李爽, 常超, 王建国, 刘彦升, 朱梦, 郭乐田, 谢佳玲. 横磁模下介质表面二次电子倍增的抑制. 物理学报, 2015, 64(13): 137701. doi: 10.7498/aps.64.137701
    [20] 张娜, 曹猛, 崔万照, 胡天存, 王瑞, 李韵. 金属规则表面形貌影响二次电子产额的解析模型. 物理学报, 2015, 64(20): 207901. doi: 10.7498/aps.64.207901
  • 引用本文:
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  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-03-12
  • 修回日期:  2010-03-23
  • 刊出日期:  2010-08-15

表面效应对锂离子电池正极材料LiMn2O4性能的影响

  • 1. (1)江西教育学院,南昌 330029;江西师范大学物理系,南昌 330022; (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: 10604023)和江西省教育厅科研项目(批准号: JGG10398)资助的课题.

摘要: 应用基于自旋极化和广义梯度近似(generalized gradient approximation,GGA)的密度泛函理论计算,研究了锂离子电池正极材料LiMn2O4 (001)表面原子和电子结构.发现表面和亚表面附近的原子在垂直于(001)面的方向上具有非常大的弛豫,这对LiMn2O4材料在锂离子电池中应用时发现的表面Mn的溶解现象有很大关联.由于表面效应,在LiMn2O4 (001) 表面只有三价Mn3+离子存在,而这些三价锰离子非常活跃,在该材料电极/电解液界面很容易发生歧化反应,从而加速了Mn的溶解.其他计算结果也和实验观察相符合.

English Abstract

参考文献 (24)

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