锂离子电池正极材料Li2FeO2的电子结构性质和Li扩散

摘要

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了锂离子电池正极材料Immm-Li2FeO2的声子谱、电子结构性质和Li扩散系数并与Li2MO2(M=Co,Ni,Cu)材料进行对比.计算结果显示,Immm-Li2FeO2材料具有结构稳定性,计算结果呈铁磁性,能带结构具有半金属的特征.Fe离子外层d电子呈低自旋态,自旋极化P=8.01％.利用分波态密度分析了自旋向上和自旋向下的电子能带结构.此外,采用微动弹性带方法计算了各个方向上Li扩散的势垒,结果表明Li离子比较容易先进行c轴方向的迁移,迁移势垒为0.1 eV;然后再沿ab轴方向迁移,迁移势垒为0.21 eV,而沿a轴方向迁移的势垒为0.39 eV.这些势垒值比其他的Li2MO2(M=Co,Ni,Cu)材料中的势垒值小,也比其他Fe基Li离子电池正极材料中的势垒值更低,意味着Li2FeO2中的Li离子将有更高的扩散系数,这对Li2FeO2作为正极材料具有重要的意义.