選擇性陽離子摻雜作為高容量富鋰正極材料新設計策略的理論研究

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發佈日期 2022-04-15


選擇性陽離子摻雜作為高容量富鋰正極材料新設計策略的理論研究

選擇性陽離子摻雜作為高容量富鋰正極材料新設計策略的理論研究

2021
Jens Matthies Wrogemann、Tanja Graf、Jonathan E. Mueller、Thomas D. Schladt (VW)
 
計算材料科學
 
10.1016/j.commatsci.2021.111177
在為電動應用提高鋰離子電池 (LIB) 能量密度的道路上,最先進的正極材料的低容量仍然是一個限制因素。富鋰層狀氧化物 (LLO) 是層狀 LiMO2 (M = Ni, Co, Mn) 和 Li2MnO3 的複合材料,是一種很有前途的材料類別,它基於額外的陰離子氧化還原活性表現出高放電容量,但仍然會釋放氧氣和相關的結構不穩定性。為了克服這些主要與 Li2MnO3 母體結構有關的問題,摻雜是一種常見的策略。本研究採用基於密度泛函理論 (DFT) 的第一性原理計算,系統地研究了不同陽離子摻雜劑對 Li2MnO3 結構中錳和鋰位點的影響。通過使用簇擴展方法,計算了摻雜和脫鋰結構的熱力學穩定基態。我們表明摻雜劑對脫鋰過程有嚴重影響,這一事實在摻雜結構的理論研究中經常被忽視。鋰位點上的多價摻雜劑,如 Al3+ 和 Ti4+,對電子結構以及材料的初始氧化還原電位有很強的影響。此外,觀察到在脫鋰過程中金屬-氧鍵合增強和氧陰離子氧化減少,這表明氧的不可逆釋放以及不希望的結構變化都減少了。這一事實在摻雜結構的理論研究中經常被忽視。鋰位點上的多價摻雜劑,如 Al3+ 和 Ti4+,對電子結構以及材料的初始氧化還原電位有很強的影響。此外,觀察到在脫鋰過程中金屬-氧鍵合增強和氧陰離子氧化減少,這表明氧的不可逆釋放以及不希望的結構變化都減少了。這一事實在摻雜結構的理論研究中經常被忽視。鋰位點上的多價摻雜劑,如 Al3+ 和 Ti4+,對電子結構以及材料的初始氧化還原電位有很強的影響。此外,觀察到在脫鋰過程中金屬-氧鍵合增強和氧陰離子氧化減少,這表明氧的不可逆釋放以及不希望的結構變化都減少了。
 
 
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