锂硅合金中锂离子迁移的第一性原理计算

摘要

通过第一性原理的计算，本文研究了Li1Si1和Li2Si1两种锂硅合金中锂离子迁移行为。对体相和表面相的空位锂迁移以及间隙位锂迁移都进行了研究。选取迁移路径进行优化并对相应的迁移势垒进行计算。 结果表明:在体相中的空位锂离子迁移所需要克服的势垒是很低的，可是在体相直接形成锂空位的形成能却很高。说明如果锂硅合金体相中有足够多的锂空位，那么在其中的锂离子迁移是很快的。因为过高的空位形成能，所以在室温下体相中直接形成空位的确很困难，但是可以通过在表面或界面上的锂脱出形成空位后然后向体相迁移的方式来实现。在表面模型，因为锂离子的两种迁移模式所克服的势垒都不是很高，所以锂离子可以通过空位锂迁移或者间隙位锂迁移的方式进行脱出和移动。对于体相间隙位锂迁移，因其过高的迁移势垒导致这一迁移模式在体相不易发生。在Li2Si1体相中，因为迁移路径只有沿着一个方向的迁移势垒比较低，所以在其中间隙位锂迁移是沿着一维方向的。因而，在锂硅合金体相，锂离子迁移的主要方式是空位锂迁移模式，但是体相的空位形成却又受限于表面的锂迁移，在表面上的锂迁移可以通过两种迁移模式并行的方式进行。

目录

声明

摘要

引言

第一章 绪论

1．1 锂离子电池的诞生和发展

1．1．1 锂离子电池发展简史

1．1．2 锂离子电池的工作原理

1．1．3 锂离子电池的特点

1．2 主要负极材料

1．2．1 金属锂负极材料

1．2．2 碳负极材料

1．2．3 硅负极材料

第二章 第一性原理计算方法简介

2．1 近似处理

2．1．1 绝热近似／波恩-奥本海默近似

2．1．2 单电子近似／Hartree—Fock近似

2．2 密度泛函理论

2．3 赝势平面波方法

2．4 电子波函数的平面波展开

2．5 自洽计算

2．6 结构优化

2．7 弹性能带法(NEB)

2．8 VASP软件包的简单介绍

第三章 锂硅合金中锂离子迁移的第一性原理研究

3．1 理论计算方法和计算模型

3．2 结果与讨论

3．2．1 合金体相结构优化结果

3．2．2 Li1Si1中锂离子迁移

3．2．3 Li2Si1中的锂离子迁移

3．3 锂硅合金中锂离子扩散的讨论

3．4 结论

第四章 结束语

参考文献

致谢

在读期间公开发表论文(著)及科研情况