第一性原理研究Mg掺杂对LiCoO2正极材料结构稳定性及其电子结构的影响

• 作者: 林洪斌 林春 陈越 钟克华 张健敏 许桂贵 黄志高
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: LiCoO2 形成能 电子结构 第一性原理
• 年，卷（期）: 2021,（13）
• 所属期刊栏目: 物理学交叉学科及有关科学技术领域|INTERDISCIPLINARY PHYSICS AND RELATED AREAS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
• 页码范围: 405-413
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.70.20210064

摘要

LiCoO2作为商业化最早的锂离子电池正极材料,至今仍受到许多研究人员的广泛关注.高电压下LiCoO2面临着严重的容量衰减和性能下降等问题,实验上通常采用体相元素掺杂以稳定LiCoO2在高电压下的晶体结构,从而提高其电化学性能.Mg元素掺杂被认为是一种能够提高LiCoO2高电压循环稳定性的有效手段,但Mg的具体掺杂形式以及作用机理仍需进一步深入研究.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了LiCoO2中Mg对Co位和Li位各种替代组态的形成能及其电子结构.计算结果表明,Mg在LiCoO2中的替代情况较为复杂:掺杂浓度为3.7％时,Mg更倾向于替代Co位;而掺杂浓度提高至7.4％后,则Mg不仅仅可以只替代Co位或Li位,还存在同时替代Co位和Li位的可能;各种替代组态也呈现出不同的电子态,既存在金属态,也有半导体态,同时在许多情况下还伴有电子局域态.因此,我们认为LiCoO2的Mg掺杂位形与掺杂量有密切的关系,且掺杂诱导的电子结构也存在较大的差异.