电池正极材料的量子化学与电化学行为研究

摘要

本文对锂离子电池正极材料的量子化学与电化学行为进行了研究。文章应用Gaussian03W软件，选取8LiFePO<,4>共56个原子和8FePO<,4>共48个原子的模型计算。选择了密度泛函(B3LYP)方法和4-31G/6-31G<'*>基组组合，计算结果能较好的解释一些实验现象。通过计算得到了体系的总能量、净电荷分布、原子重叠布居数，平均嵌入电压和态密度。结果表明：FePO<,4>中嵌入锂后能量降低了，体系稳定性提高；锂在嵌入材料后是部分失去电子，以离子状态存在于体系中；锂氧原子间作用力最弱，离子性更强，有利于Li离子在晶格中的自由移动，但磷氧原子间作用力很强，共价键最强，强的P-O共价键会使Li离子的嵌入脱出运动受到影响；根据脱/嵌锂模型的能量变化，计算出的锂离子电池Li\LiFePO<,4>的平均电压为3.2V，与文献实验值3.4V基本一致；从态密度分析可知，LiFePO<,4>有较好的导电性，但两者都是典型的半导体，LiFePO<,4>中O原子主要贡献总态密度靠费米能级价带一侧，Fe原子主要贡献总态密度靠费米能级导带一侧。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1引言

1.2电池正极材料LiFePO4的研究现状

1.2.1 LiFePO4的结构与电化学性能

1.2.2LiFePO4中锂离子的脱/嵌机理模型

1.2.3 LiFePO4材料性能的改善

1.3电池正极材料MnO2的研究现状

1.3.1二氧化锰的结构和电化学性能

1.3.2电解二氧化锰的电化学性能

1.4论文的主要研究内容和研究方法

2量子化学理论和计算方法

2.1概述

2.2计算方法

2.3量子化学密度泛函理论

3 LiFePO4的量子化学研究

3.1模型和基组的选择

3.1.1模型的选取原则和依据

3.1.2模型的选取

3.1.3基组的选择

3.1.4模型的计算

3.2计算结果与讨论

3.2.1能量及轨道费米能级分析

3.2.2原子净电荷分析

3.2.3原子重叠集居数分析

3.2.4平均嵌入电压的研究

3.2.5态密度分析

3.3本章小结

4电解质溶液对MnO2电化学行为的影响

4.1实验部分

4.1.1实验器材

4.1.2电极的制备

4.1.3电化学测试方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1循环伏安特性

4.2.2交流阻抗特性

4.2.3 XRD衍射分析

4.3本章小结

5结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

致 谢

参考文献

附 录