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含空位和杂质缺陷的LiFePO4电子结构的第一性原理计算
  • ISSN号:0441-3776
  • 期刊名称:《化学通报》
  • 时间:0
  • 分类:O613.71[理学—无机化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084, [2]清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084, [3]江苏华东锂电技术研究院,江苏张家港215600
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(2011CB935902,2013CB934000); 科技部国际科技合作项目(2014DFG71590)资助
中文摘要:

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了含空位和杂质缺陷的LiFePO4电子结构,通过能带、态密度、布居分布分析,阐明缺陷及阴离子掺杂对材料电化学性能的影响,为LiFePO4的结构设计和实验研究提供理论基础。结果表明,Li、Fe和O空位型缺陷对LiFePO4的带型变化影响较小,禁带中无新的导带,禁带宽度有一定程度缩小,有利于电子的传导,但总能量上升,造成结构的不稳定性,在实际高温制备过程中,可能产生少量杂相,影响LiFePO4正极材料的电化学性能;P空位缺陷对LiFePO4的带型影响同样较小,但在禁带中产生了两条新的导带,禁带宽度明显变窄,有利于电子的传导,虽然总能量上升,造成结构的不稳定性,但在实际高温制备过程中,可能产生微量有利于电化学性能的杂相;F掺杂LiFePO4的带型出现了明显的变化,半导体类型由p型转变为n型,极大地促进了电子的导电性,总能量下降,结构稳定,对LiFePO4正极材料的电化学性能有正面的影响。

英文摘要:

The electronic structures of LiFePO4 crystal with various vacancy defects and anion doping were studied by the first-principles method based on DFT. To providing theoretical basis for the studies of LiFePO4 modification experiments,the effects of defects on the electrochemical performance were illustrated by the analysis of the band structure,the density of states and the population distribution. The results showed that Li,Fe and O-site vacancy defects almost have no effect on the band structure of LiFePO4,no new conduction band appears in the band gap though the forbidden band width decreases,and the rise in total energy indicates the instability of structure; P-site vacancy defects introduce two new conduction bands in the band gap,the decrease in forbidden band width is obviously in favor of the electronic conductivity,the increased total energy results in the instability of structure,however,it may be work to get high performance LiFePO4,due to the small amount of impurity phase produced during annealing; F-doping defects show significant effect on the band structure of LiFePO4 which makes the transform from n-type semiconductor into p-type semiconductor, indicating of tremendous improvement in the electronic conductivity. Besides, the improvement in the stability of structure can also be deduced according to the declined total energy.

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期刊信息
  • 《化学通报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院化学研究所
  • 主编:张德清
  • 地址:北京2709信箱
  • 邮编:100190
  • 邮箱:hxtb@iccas.ac.cn
  • 电话:010-62554183 62588928
  • 国际标准刊号:ISSN:0441-3776
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1804/O6
  • 邮发代号:2-28
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:20665