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锂离子电池层状正极材料脱锂态Li_xCoO₂的第一性原理研究

作　者: 熊凤
导　师: 乐建新
学　校: 江西师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 锂离子电池第一性原理高压充电电子结构结构稳定 LixCoO2
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文采用基于密度泛函理论第一性原理超软赝势方法结合广义梯度近似方法研究了体相LiCoO2的脱锂行为的以下三方面问题。一、对锂离子电池正极材料LiCoO2的体相结构进行模拟计算,为了得到较精确的晶格常数,我们首先用VASP程序软件包对其结构进行优化。研究主要是从其几何结构和电子结构入手,并提供了结构、态密度和电荷密度分布信息。以上的计算结果与实验和其他理论相吻合,表明我们所选用的PAW+GG方法比较合理。二、利用第一性原理对锂离子电池正极材料的LiCoO2在脱锂过程中的产物Li0.75CoO2、Li0.5CoO2以及Li0.25CoO2的体相几何和电子结构进行了详细的研究和分析。同时也分别对这些体系的总态密度和分波态密度开展了一系列的研究工作,结果表明LiCoO2在脱锂过程中结构相对稳定。三、利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对脱锂态氧空位的LiCoO2进行了模拟计算。结果表明氧空位是导致结构不稳定的原因。氧空位周围的Co-3d电子结构会发生自旋反转。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章引言  7-19
  1.1 引言  7-8
  1.2 锂离子电池发展简史  8-9
  1.3 锂离子电池工作原理及特点  9-11
    1.3.1 工作原理  9-10
    1.3.2 性能特点  10-11
  1.4 正极层状材料LiCoO_2  11-13
    1.4.1 锂离子电池正极材料的选择要求  11
    1.4.2 LiCoO_2材料的发展  11-12
    1.4.3 LiCoO_2的结构与性能  12-13
  1.5 锂离子电池中存在的问题  13-15
  1.6 本论文的工作  15-16
  参考文献  16-19
第二章第一性原理计算方法  19-30
  2.1 第一性原理计算  19-20
  2.2 Hartree-Fock方法  20-22
    2.2.1 绝热近似-Born Oppenheimer近似  20-21
    2.2.2 单电子近似-Hartree-Fock近似  21-22
  2.3 密度泛函理论  22-26
    2.3.1 Hohenberg-Kohn定理  22-23
    2.3.2 Kohn-Sham方程  23-24
    2.3.3 局域密度近似和广义梯度近似  24-26
  2.4 赝势平面波方法  26
  2.5 平面波方法  26-27
  2.6 VASP程序包简介  27-28
  参考文献  28-30
第三章脱锂态LiCoO_2的第一性原理研究  30-41
  3.1 引言  30-31
  3.2 理论计算方法  31
  3.3 结果与讨论  31-39
    3.3.1 脱锂态结构变化  31-34
    3.3.2 平均脱锂电压  34-35
    3.3.3 电子结构  35-38
    3.3.4 结论  38-39
  参考文献  39-41
第四章结论与展望  41-42
致谢  42-43
在读期间公开发表论文(著)及科研情况  43

锂离子电池层状正极材料脱锂态LixCoO2的第一性原理研究

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