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锂离子电池正极材料中的极化子现象理论计算研究进展 被引量:5
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作者 叶耀坤 胡宗祥 +4 位作者 刘佳华 林伟成 陈涛文 郑家新 潘锋 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第11期62-74,共13页
作为一种高能量密度储能器件,锂离子电池不仅已经广泛应用于消费电子领域(如笔记本电脑、智能手机),而且也适合用于电动车中的动力电池。正极是锂电池最为重要的组成部分。在正极材料的研究中,当电子在空间上局域分布并与晶格耦合将形... 作为一种高能量密度储能器件,锂离子电池不仅已经广泛应用于消费电子领域(如笔记本电脑、智能手机),而且也适合用于电动车中的动力电池。正极是锂电池最为重要的组成部分。在正极材料的研究中,当电子在空间上局域分布并与晶格耦合将形成极化子,极化子现象近些年逐渐引起人们更多关注,主要是因为其减弱电子导电性,不利于电子传导,是磷酸铁锂等正极材料电子导电性差的根本原因。极化子是一种晶格畸变束缚电子作整体运动的晶体缺陷。开展极化子现象的相关机理研究,将为设计高导电性正极材料提供理论指导,对锂离子电池电化学性能的进一步提升有着重要意义。基于第一性原理的理论计算方法已成为研究正极材料中极化子的重要研究手段,能够判断体系是否有极化子出现以及分析极化子的出现对正极材料的物理化学性能影响。本文主要从理论计算的角度出发,首先介绍了极化子的基本物理概念,其次结合我们的相关研究综述了极化子的理论计算判别方法、极化子对常见类型正极材料导电性能的影响与调控和当前研究方法的一些理论难题,最后从基础理论和实际应用两个角度对未来正极材料中的极化子研究进行展望。 展开更多
关键词 极化子 锂离子电池 正极材料 电子导电性 第一性原理计算
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Defect-mediated Jahn-Teller effect in layered LiNiO_(2)
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作者 weicheng lin Yaokun Ye +4 位作者 Taowen Chen Yao Jiang Chuying Ouyang Feng Pan Jiaxin Zheng 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第6期1696-1700,共5页
LiNiO_(2)(LNO)基态的晶体结构和电子结构长期以来存在着实验与理论计算不一致的争议.实验上观测到LNO是空间群为R3m的半导体并且有局部的Jahn-Teller(JT)畸变,但理论计算却表明它是处于亚稳态的金属并且没有任何的JT畸变.本文基于杂化... LiNiO_(2)(LNO)基态的晶体结构和电子结构长期以来存在着实验与理论计算不一致的争议.实验上观测到LNO是空间群为R3m的半导体并且有局部的Jahn-Teller(JT)畸变,但理论计算却表明它是处于亚稳态的金属并且没有任何的JT畸变.本文基于杂化密度泛函理论HSE06,首次模拟了与实验等同浓度(~3%)的Ni/Li反位缺陷对LNO的影响,发现缺陷能够有效调控LNO中的JT效应.在LNO中引入Ni/Li反位缺陷后,其结构发生了局部的JT畸变,并且其带隙值约为0.5 eV,这些计算结果都和实验现象非常吻合.Ni/Li反位通过粒径效应和库伦作用,既能诱发JT畸变,又能阻碍畸变之间的协同作用,避免相变到C2/m,而只产生局部的JT畸变.本文提出了一种新的策略来解释LNO基态晶体结构和电子结构长期以来的争议,对推动富镍层状材料的设计和应用具有重要意义. 展开更多
关键词 杂化密度泛函理论 反位缺陷 结构和电子结构 层状材料 亚稳态 粒径效应 实验现象 有效调控
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Breaking the energy density limit of Li NiO_(2):Li_(2)NiO_(3)or Li_(2)NiO_(2)? 被引量:1
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作者 Yining Jia Yaokun Ye +6 位作者 Jiahua Liu Shisheng Zheng weicheng lin Zhu Wang Shunning Li Feng Pan Jiaxin Zheng 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第4期913-919,共7页
The development of next-generation layered oxide cathodes for high-energy-density electrical vehicle Li-ion batteries(LIBs)is an urgent topic.The existing method is achieved by continuously increasing the Ni contents ... The development of next-generation layered oxide cathodes for high-energy-density electrical vehicle Li-ion batteries(LIBs)is an urgent topic.The existing method is achieved by continuously increasing the Ni contents of Ni-based layered oxides,but it has been limited to LiNiO_(2).To break this limit and attain increased energy densities,a promising strategy,which involves the introduction of excess Li ions into transition metal(TM)layers to form Li-excess compounds Li_(2)MO_(3)(M is a TM cation),has attracted enormous interest recently.However,another strategy,which has been neglected in recent years,involves the insertion of an extra layer of Li ions between the TM and original Li layers to form Li_(2)MO_(2).In this study,typical reversible Li_(2)NiO_(3) and 1T-Li_(2)NiO_(2) were selected as two representative cathodes to break the limit of LiNiO_(2),thereby availing comprehensive comparison with LiNiO_(2) regarding their overall properties as cathodes from a theoretical perspective.Interestingly,dissimilar to the Ni^(3+)/Ni^(4+)monoelectron cationic redox associated with LiNiO_(2),a polaronic anionic redox reaction occurs in Li_(2)NiO_(3),while a reversible Ni^(2+)/Ni^(4+)double-electron redox reaction accompanied by insulator-metal transition occurs in Li_(2)NiO_(2).Owing to this double-electron cationic activity,Li_(2)NiO_(2) exhibits absolute advantages over the other two materials(LiNiO_(2) and Li_(2)NiO_(3))as cathodes for LIBs in terms of the capacity,energy density,electronic conductivity,and thermal stability,thus rendering it the most promising candidate for next-generation layered oxide cathodes with high energy densities to break the limit of LiNiO_(2). 展开更多
关键词 Li-ion battery Li_(2)NiO_(3)and Li_(2)NiO_(2) double-electron redox anionic redox theoretical perspective
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