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OALib Journal期刊
ISSN: 2333-9721
费用：99美元
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锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4金属掺杂的第一性原理研究
DOI: 10.6023/A13030294, PP. 1029-1034
Keywords: 第一性原理,尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4,掺杂,体积变化率,锂扩散能垒
Abstract:
近来尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4被认为是一种有前景的二次锂离子电池正极材料.但是其相对较差的循环性能和倍率性能限制了LiNi0.5Mn1.5O4的大规模应用.金属掺杂被认为是一种提高其电化学性能的有效方法.然而,还急需深层次地理解掺杂对材料结构和电化学性质的影响.采用第一性原理方法,系统地研究了金属掺杂的LiM0.125Ni0.375Mn1.5O4(M为Cr,Fe和Co)电极体系的结构与电子性质.计算结果显示,少量的过渡金属M取代LiNi0.5Mn1.5O4晶格中的Ni,能够有效抑制材料在电化学脱嵌锂过程中的体积变化(从锂化相到脱锂相,体积变化率约为4%,而未掺杂的情况为4.7%),提高材料循环性能.体系态密度表明金属掺杂能够减小体系的带隙,进而提高材料的电子传导.另外,通过Li离子的扩散计算,我们发现与未掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4相比,Co掺杂使得Li在材料中两条不同扩散路径的扩散能垒分别降低了约90meV和140meV,表明Co掺杂有利于Li在材料中的快速扩散.
| [1] | Ein-Eli, Y.; Vaughey, J. T.; Thackeray, M. M.; Mukerjee, S.; Yang, X. Q.; McBreen, J. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 908.
|
| [2] | Xu, B.; Meng, S. J. Power Sources 2010, 195, 4971.
|
| [3] | Yang, M. C.; Xu, B.; Cheng, J. H.; Pan, C. J.; Hwang, B. J.; Meng, Y. S. Chem. Mater. 2011, 23, 2832.
|
| [4] | Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B 1994, 49, 14251.
|
| [5] | Wang, Y.; Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1991, 44, 13298.
|
| [6] | Dudarev, S. L.; Botton, G. A.; Savrasov, S. Y.; Humphreys, C. J.; Sutton, A. P. Phys. Rev. B 1998, 57, 1505.
|
| [7] | Zhou, F.; Cococcioni, M.; Marianetti, C. A.; Morgan, D.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2004, 70, 235121.
|
| [8] | Henkelman, G.; Uberuaga, B. P.; Jonsson, H. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9901.
|
| [9] | Peng, B.; Cheng, F. Y.; Tao, Z. L.; Chen, J. J. Chem. Phys. 2010, 133, 034701.
|
| [10] | Yang, S.; Li, D.; Zhang, T.; Tao, Z.; Chen, J. J. Phys. Chem. C 2011, 116, 1307.
|
| [11] | Gryffroy, D.; Vandenberghe, R. E. J. Phys. Chem. Solids 1992, 53, 777.
|
| [12] | Chevrier, V. L.; Ong, S. P.; Armiento, R.; Chan, M. K. Y.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2010, 82, 075122.
|
| [13] | Arunkumar, T. A.; Manthiram, A. Electrochim. Acta 2005, 50, 5568.
|
| [14] | Jiang, J.; Ouyang, C. Y.; Li, H.; Wang, Z. X.; Huang, X. J.; Chen, L. Q. Solid State Commun. 2007, 143, 144.
|
| [15] | Frayret, C.; Villesuzanne, A.; Spaldin, N.; Bousquet, E.; Chotard, J. N.; Recham, N.; Tarascon, J.-M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 15512.
|
| [16] | Wang, L. J.; Nan, G. J.; Yang, X. D.; Peng, Q.; Li, Q. K.; Shuai, Z. G. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 423.
|
| [17] | Ammundsen, B.; Burns, G. R.; Islam, M. S.; Kanoh, H.; Roziere, J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 5175.
|
| [18] | Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652.
|
| [19] | Yang, D.; Xi, C. B.; Wang, S. Y.; Hu, J. H.; Yang, B.; Sun, Y. J. Acta Chim. Sinica 2011, 69, 1987. (杨东, 席陈彬, 王淞旸, 胡建华, 杨彪, 孙耀杰, 化学学报, 2011, 69, 1987.)
|
| [20] | Chen, J.; Cheng, F. Y. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 713.
|
| [21] | Cheng, F. Y.; Chen, J. Acta Chim. Sinica 2013, 71, 473. (程方益, 陈军, 化学学报, 2013, 71, 473.)
|
| [22] | Cheng, F. Y.; Liang, J.; Tao, Z. L.; Chen, J. Adv. Mater. 2011, 23, 1695.
|
| [23] | Zhang, X. L.; Cheng, F. Y.; Zhang, K.; Liang, Y. L.; Yang, S. Q.; Liang, J.; Chen, J. RSC Adv. 2012, 2, 5669.
|
| [24] | Shaju, K. M.; Bruce, P. G. Dalton Trans. 2008, 40, 5471.
|
| [25] | Fan, Y. K.; Wang, J. M.; Tang, Z.; He, W. C.; Zhang, J. Q. Electrochim. Acta 2007, 52, 3870.
|
| [26] | Hong, K. J.; Sun, Y. K. J. Power Sources 2002, 109, 427.
|
| [27] | Shin, D. W.; Bridges, C. A.; Huq, A.; Paranthaman, M. P.; Manthiram, A. Chem. Mater. 2012, 24, 3720.
|
| [28] | Liu, J.; Manthiram, A. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 15073.
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