史晓红 陈京金 曹昕睿 吴顺情 朱梓忠

(厦门大学物理科学与技术学院,厦门 361005)

基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了锂离子电池富锂锰基三元正极材料Li1.167Ni0.167Co0.167 Mn0.5O2 中的氧空位形成,讨论了环境温度、压强以及点缺陷的存在对氧空位形成能的影响,还讨论了氧空位对材料容量的影响.结果表明,氧空位的形成能随温度的升高而下降,随氧分压的降低而降低.对于带电氧空位(,空位形成能随着费米能级的升高而增加.研究还表明,氧空位的形成对Li1.167Ni0.167Co0.167 Mn0.5O2 材料中电荷密度分布的影响是相当局域的, 氧空位形成后仅在氧空位附近的Mn 离子周围出现明显的电荷密度的重新分布.此外,计算了氧空位附近存在阳离子空位以及替位点缺陷对氧空位形成能的影响.结果显示,Mn 空位的存在能够明显地促进氧空位的产生.另外,当Mn 被Mo 或Fe 原子替位时,氧空位的产生会受到抑制.

1 引言

锂离子电池因具有工作电压高、能量密度大、环境友好且使用寿命长等优势而得到广泛应用.随着近年来新能源汽车的飞速发展,急需高能量密度的锂离子电池来满足其对动力和里程的需求.其中,制约锂离子电池容量的主要因素为正极材料[1-3].传统的锂离子电池正极材料,如LiCoO2,LiFePO4等[4-9]实际容量均小于200 mA·h/g,且或多或少面临着循环性能或倍率性能差、安全性低、环境不友好、成本高等问题,还不能满足动力汽车对电池的要求.因此,开发高容量的正极材料是提升锂离子电池容量的……