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Na+替位掺杂对Li2MnSiO4的电子结构以及Li+迁移过程的影响

嘉明珍 王红艳 陈元正 马存良

Na+替位掺杂对Li2MnSiO4的电子结构以及Li+迁移过程的影响

嘉明珍, 王红艳, 陈元正, 马存良
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  • 在锂二次电池中, 硅酸锰锂作为正极材料得到广泛研究, 但其固有的电子和离子电导率较低, 直接影响着电池的功率密度和充放电速率. 本文建立了不同浓度的Na+离子替位掺杂Li+离子形成的Li1-xNaxMnSiO4(x=0, 0.125, 0.25, 0.5)结构, 采用第一性原理的方法, 研究了掺杂前后硅酸锰锂的电子结构以及Li+离子的跃迁势垒. 发现在Li+位替代掺杂Na+, 导带底的能级向低能方向发生移动, 降低了Li2MnSiO4 材料的禁带宽度, 有利于提升材料的电子导电性能. 随着掺杂浓度的升高, 禁带宽度逐渐变窄. CI-NEB结果表明, 在Li2MnSiO4体系中具有两条有效的Li+离子迁移通道, 掺杂Na+以后扩大了Li+ 离子在[100]晶向上的迁移通道, Li+离子的跃迁势垒由0.64 eV降低为0.48, 0.52和0.55 eV. 掺杂浓度为 x=0.125时, 离子迁移效果最佳. 研究表明Na+掺杂有利于提高Li2MnSiO4材料的离子和电子电导率.
      通信作者: 王红艳, hongyanw@home.swjtu.edu.cn;cyz@calypso.org.cn ; 陈元正, hongyanw@home.swjtu.edu.cn;cyz@calypso.org.cn
    • 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(批准号: 2682014ZT30, 2682015QM04)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-04
  • 修回日期:  2015-12-18
  • 刊出日期:  2016-03-05

Na+替位掺杂对Li2MnSiO4的电子结构以及Li+迁移过程的影响

    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(批准号: 2682014ZT30, 2682015QM04)资助的课题.

摘要: 在锂二次电池中, 硅酸锰锂作为正极材料得到广泛研究, 但其固有的电子和离子电导率较低, 直接影响着电池的功率密度和充放电速率. 本文建立了不同浓度的Na+离子替位掺杂Li+离子形成的Li1-xNaxMnSiO4(x=0, 0.125, 0.25, 0.5)结构, 采用第一性原理的方法, 研究了掺杂前后硅酸锰锂的电子结构以及Li+离子的跃迁势垒. 发现在Li+位替代掺杂Na+, 导带底的能级向低能方向发生移动, 降低了Li2MnSiO4 材料的禁带宽度, 有利于提升材料的电子导电性能. 随着掺杂浓度的升高, 禁带宽度逐渐变窄. CI-NEB结果表明, 在Li2MnSiO4体系中具有两条有效的Li+离子迁移通道, 掺杂Na+以后扩大了Li+ 离子在[100]晶向上的迁移通道, Li+离子的跃迁势垒由0.64 eV降低为0.48, 0.52和0.55 eV. 掺杂浓度为 x=0.125时, 离子迁移效果最佳. 研究表明Na+掺杂有利于提高Li2MnSiO4材料的离子和电子电导率.

English Abstract

参考文献 (28)

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