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新型锂离子电池负极材料

作　者: 杜燕兰
导　师: 欧阳楚英
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计算黑P 电子结构扩散能垒
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

基于密度泛函理论,本文采用第一性原理PAW-GGA方法,研究了以下三个方面的问题。一、对白P和红P的几何结构和电子结构进行了理论研究。分析了白P这种分子晶体占据轨道的简并情况,所得出的结果和分子轨道理论相符合。利用在一定温度和压强条件下的分子动力学方法模拟了从白P到红P的准一维结构,和其它文献所述一样,这样的准一维结构极其不稳定,因为它的能量比白P的还要高。二、对黑P这种新型锂离子电池负极材料的原子和电子结构作了系统而全面的计算和分析。黑P层与层之间的相互作用是Van der Waals葛生力(Keesom Force)的结果。由于葛生力主要是一种静态电极矩产生的,因而黑P层间作用主要来源于静电作用。此外,本文还对比了体相黑P的带隙(0.19eV)和单层黑P的带隙(0.75eV),认为这种差异来自于层与层之间的Van der Waals作用。三、利用选择性分子动力学方法(Selective Molecular Dynamic Method)计算Li离子在LiP(黑P嵌Li过程中的中间产物)材料中的扩散能垒。得出沿不同方向的扩散能垒分别是0.61eV、1.45eV和0.48eV。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 引言  7-19
  1.1 锂离子电池研究现状  7-11
    1.1.1 锂离子电池发展简史  7-8
    1.1.2 锂离子电池的工作原理  8-9
    1.1.3 锂离子电池的性能特点  9-10
    1.1.4 锂离子电池的市场前景及发展趋势  10-11
  1.2 锂离子电池负极材料  11-15
    1.2.1 碳负极材料  13-14
    1.2.2 合金与合金类氧化物负极材料  14
    1.2.3 过渡金属氧化物负极材料  14-15
    1.2.4 Li_4Ti_50_(12) 负极材料  15
  1.3 本论文的工作  15-17
  参考文献  17-19
2 第一性原理计算方法概述  19-26
  2.1 量子多体问题  20
  2.2 密度泛函理论  20-22
  2.3 第一性原理分子动力学方法  22-23
  2.4 VASP 软件包的简单介绍  23-25
  参考文献  25-26
3 白P、红P 和黑P 的特性研究  26-37
  3.1 引言  26
  3.2 理论计算方法和模型  26-27
  3.3 白P、红P和黑P体系原子及电子结构  27-35
    3.3.1 白 P 的电子结构  27-29
    3.3.2 红 P 的电子结构  29-30
    3.3.3 黑 P 的晶格结构  30-32
    3.3.4 黑 P 的电子结构  32-35
  3.4 本章小结  35-36
  参考文献  36-37
4 黑P嵌锂的选择性分子动力学计算  37-43
  4.1 引言  37
  4.2 理论计算方法和模型  37-38
  4.3 结果与分析  38-41
    4.3.1 黑 P 和 LiP 晶格结构对比  38-39
    4.3.2 平均嵌入电压  39-40
    4.3.3 Li 在 LiP 中的扩散能垒  40-41
  4.4 本章小结  41-42
  参考文献  42-43
5 结论与展望  43-44
硕士期间发表和撰写的论文  44-45
致谢  45

新型锂离子电池负极材料

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