LiFePO4掺杂Mg前后导电性能的理论研究

由广义梯度近似的密度泛函理论,计算了LiFePO4在Mg掺杂前后的电子结构.结果表明,Fe-O键是较弱的共价键;而P-O键的键级大,键长短,形成的是很强的共价键.掺杂Mg后,键中的共价成分有些减弱.在总态密度中费米能级附近的价带和导带,主要来自于Fe的3d态电子.掺杂物的能隙明显小于纯LiFePO4的能隙,并且掺杂后,发生了红移现象,从而表明掺杂Mg可以提高LiFePO4的导电性能.     

LiFePO4掺杂Mg前后导电性能的理论研究

由广义梯度近似的密度泛函理论,计算了LiFePO4在Mg掺杂前后的电子结构.结果表明,Fe—O键是较弱的共价键;而P—O键的键级大,键长短,形成的是很强的共价键.掺杂Mg后,键中的共价成分有些减弱.在总态密度中费米能级附近的价带和导带,主要来自于Fe的3d态电子.掺杂物的能隙明显小于纯LiFePO4的能隙,并且掺杂后,发生了红移现象,从而表明掺杂Mg可以提高LiFePO4的导电性能.     

碱金属掺杂橄榄石型NaFePO_4的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了钠离子电池正极材料橄榄石型NaFePO_4及其碱金属(Li、Na)掺杂体系的结构稳定性、电子结构、充放电过程结构演化及相关电化学性质.计算结果显示,NaFePO_4可掺杂适量Li、Na,且掺杂后结构稳定.脱钠相结构形成能的计算模拟了NaFePO_4及其掺杂体系充电过程中的相变,NaFePO_4在充电过程中存在Na_5/_6FePO_4与Na_2/_3FePO_42个中间相,铁位锂掺杂体系存在Na_3/_4(Li_1/_(12)Fe_(11)/_(12))PO_4、Na_1/_2(Li_1/_(12)Fe_(11)/_(12))PO_4、Na_1/_6(Li_1/_(12)Fe_(11)/_(12))PO_43个稳定中间相,铁位钠掺杂体系存在Na_5/_(12)(Na_1/_(12)Fe_(11)/_(12))PO_4、Na_1/_6(Na_1/_(12)Fe_(11)/_(12))PO_4、Na_(1/12)(Na_(1/12)Fe_(11/12))PO_43个稳定中间相.此外,通过分析电子结构,还发现Li、Na掺杂体系中有部分O~(2-)发生氧化参与电荷补偿,这使得掺杂体系的充电电压略高于未掺杂的NaFePO_4.     

Na掺杂InN磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法探究了Na掺杂InN的电子结构和磁学性质.计算结果表明,Na掺杂InN为p型掺杂,一个Na原子掺杂的InN体系可产生2. 0μB的磁矩,其中Na最近邻的N原子对磁矩的贡献最大.态密度图和自旋密度分布图显示两个掺杂的Na原子之间的N原子间存在较强的p-p相互作用,因此由两个Na原子掺杂产生的磁矩间的耦合为长程铁磁耦合.     

半金属元素掺杂TiN的第一性原理研究

基于密度泛函数理论，采用广义梯度近似方法，对半金属元素原子X（X=B、Si、Ge、As、Sb和Te）掺杂TiN体系的平衡晶格常数和电子结构等进行第一性原理计算，并对掺杂前后的电子态分布变化和形成能进行分析计算．结果表明：掺杂体系中主要的电子贡献仍是N2p态和Ti3d态，随着半金属元素B、Si、Ge、As、Sb和Te的掺入，TiN掺杂体系的导电性能有所提高，但并未超过纯净TiN体系；同时由形成能的计算证明Si掺杂体系最容易达到稳定结构，而Te掺杂是最不稳定的体系．     

铟锡氧化物电子结构和光学性质的第一性原理研究

透明导电氧化物薄膜具有高的可见光透明度和较低的电阻系数,已成为当前的研究热点.早期关于氧化铟材料的理论研究没有考虑In原子4d电子的交换关联库伦位能,使得计算的带隙值远低于实验值;另外关于Sn原子掺杂的氧化铟物理特性的研究比较少,不同掺杂位置对材料结构和电子结构的影响缺乏系统的研究.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理的LDA+U方法系统研究了Sn掺杂In_2O_3材料的电子结构和光学性质.研究表明Sn的引入能降低In_2O_3体系的禁带宽度,并在禁带中引入主要由Sn-5p轨道上的电子构成的杂质能级,禁带宽度的降低和杂质能级的引入可以改变In_2O_3材料对可见光的透明度,并可提高其电导率.Sn离子掺杂后体系的几何结构和电子结构发生改变是导致体系一系列性质发生改变的原因.通过Mulliken布局分析得知掺杂后的Sn-O键相比于掺杂前的In-O键的键长变短,同时前者比后者的离子键成份更强.     

Pt掺杂材料Li2Pt0.125Co0.875SiO4在脱嵌锂离子过程中晶格和电子结构变化的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究贵金属Pt掺杂的正极材料Li_2Pt_(0.125)Co_(0.875)SiO_4在锂离子脱嵌过程中晶格和电子结构的变化.计算结果表明,掺杂体系在脱嵌锂离子过程中,晶格参数和体积变化不大,充放电过程中循环稳定性保持较好,脱嵌电压也基本保持不变;Li-O键长增大,Li-O间相互作用减弱,锂离子迁移率增大.与纯相Li_2CoSiO_4相比,禁带中出现了掺杂原子Pt的d轨道电子,带隙变窄,从而提高了掺杂材料Li_2Pt_(0.125)Co_(0.875)SiO_4的电子导电性.     

部分非金属元素掺杂二维CdS的电子结构与磁性的第一性原理研究

基于自旋极化密度泛函理论(DFT)的第一性原理研究方法,研究了部分非金属元素(B-F、P、Cl、Br、Si和As)替位掺杂单层CdS的电子结构及磁性。研究结果表明,C、N、P和As元素掺杂单层CdS可诱导磁性,其余元素掺杂体系则不显示磁性。进一步研究了非金属双原子掺杂二维CdS的磁耦合作用,结果表明,As掺杂单层CdS体系呈现出铁磁态,而C、N和P掺杂的单层CdS体系则表现为反铁磁态。形成能计算表明,富S的条件下要比富Cd的条件非金属掺杂原子更易于占据S原子的位置。     

Fe、Co、Ni掺杂磷烯的第一性原理研究

本文基于第一性原理研究了Fe、Co、Ni在P位吸附和掺杂磷烯的稳定性、能带结构、态密度以及差分电荷密度分布.结果表明:在吸附体系中,Co在P位的吸附的稳定性强于Fe、Ni吸附体系;在掺杂体系中,Fe、Co、Ni在P位掺杂的的稳定性较强的是Ni掺杂体系.Fe、Co、Ni在P位吸附磷烯,可以较好的调控能带结构,从而得到可控性能的半导体材料.在P位掺杂Fe、Co、Ni原子的带隙值分别为0.52、0.56和0.4eV.在Fe、Co、Ni掺杂位点上,近邻的两个磷原子周围出现了电子聚集的现象;原因在于Fe、Co、Ni的4s轨道上都有两电子,而非金属的磷原子较容易得到电子.     

非磁性/磁性掺杂剂对SnO2体系的性能调控

本文通过第一性原理计算在GGA + U 框架下系统地研究了非磁性掺杂剂(Li)和磁性掺杂剂(V)以及相应的点缺陷(VO/VSn)掺杂SnO2基稀磁半导体(DMS)的稳定性、电子结构、键合性质、磁性以及光学性质. 计算得到的形成能结果表明, V元素单掺杂体系比Li元素单掺杂体系更稳定. 其中, VO存在的掺杂体系稳定性更高, 而VSn对掺杂体系的稳定性不利. 磁性分析表明, Li掺杂体系的磁矩大于V掺杂体系的磁矩. 当有点缺陷存在时, VSn的加入显著提高了掺杂体系的磁性, 而VO对非磁性金属元素/磁性金属元素掺杂体系的磁性影响不同：当VO存在于Li掺杂体系时, Li原子周围的O原子自旋极化减少, 因此导致磁矩降低;当V掺杂体系中有VO存在, 磁性不仅来源于V原子的自旋极化, 同时来源于VO周围的O原子的自旋极化,因此磁矩增大. 结合电子结构分析可知, Li掺杂体系的磁性是由O-p和Li-p轨道之间的双交换作用产生的, V掺杂体系的磁性是由O-p和V-d轨道之间的双交换作用产生的. 键合分析发现VO的存在可以提高两种金属掺杂体系键(Li-O和V-O)的共价性. 在可见光区域内, Sn15LiO32和Sn15VO32具有较高的光学透明度. 以上这些结果为非磁性金属元素(Li)和磁性金属元素(V)及相应的点缺陷(VO/VSn)掺杂SnO2在自旋电子器件中的应用提供了新的思路.     

橄榄石型锂离子电池正极材料LiFePO4的研究

LiFePO4是最近几年被广泛报道的一种新型锂离子电池正极材料．它具有较高的能量密度、优良的循环性能，资源丰富，安全性能好、对环境友好等许多优点，而且理论容量高达170mAh／g．但也存在电子导电率和锂离子扩散速度低等缺点，需要进一步的改进．本文概述了LiFePO4的结构、充放电机理、合成方法、以及其优缺点、如何改性等方面，介绍了这种新型的锂离子电池正极材料的目前研究概况．     

利用扣式电池模块评估磷酸铁锂材料循环效果

利用实验室用扣式电池模块对磷酸铁锂正极材料的循环性能进行评估,发现采用全密封结构的扣式电池模块,可以较好地评价磷酸铁锂正极材料的循环性能.主要的控制因素是拧紧力、密封性和隔膜的隔离效果.当几个因素达到优化配合时,可以使磷酸铁锂材料的循环性能达到最佳.实验表明,利用扣式锂电池模块可以进行超过500次的循环测试,且电池制造的成功率和测量一致性大大提高,可以替代全电池评价材料的循环性.     

Influence of Zn Doping on Novel Cathode Material LiFePO4

1 Introduction The novel cathode material LiFePO_4 for lithium ion battery is considered as the substitute of LiCoO_2 because of its high theoretical capacity, environmental benignancy and inexpensive cost~([1,2]). But it is restricted by its low conductivity, the traditional ways to improve are carbon coating~([3,4]) and heteroatom doping~([5-7]). In this paper, we introduced the Zn as heteroatom and investigated the improvement by Zn doping.1IntroductionThe novel cathode material LiFeP…     

One Step Bali-Milling Synthesis of LiFePO4 Nanoparticles as the Cathode Material of Li-lon Batteries

A one-step synthetic method was used to synthesize Olivline LiFePO4 powders by direct ball milling the stoichiometric mixture of Fe, Li3PO4 , and FePO4 powders. XRD and TEM measurements revealed that the as-prepared LiFePO4 powder have a homogeneous Olivine structure and a uniform size distribution of ca. 50 nm. Based on this material, a LiFePO4/C composite was prepared and used for the cathode material of Li-ion batteries. The charge-discharge experiments demonstrated that the LiFePO4/C composite material has a high capacity of 132 mAh/g at 0.1 C and a quite highrate capability of 95 mAh/g at 1 C. This new ball-milling method may provide a completely green synthetic route for preparing the materials of this type cost-effectively and in large volume.     

碳掺杂磷酸铁锂的合成及其电化学性能

采用固相合成法制备了碳掺杂的LiFePO4复合正极材料,用XRD、SEM、激光粒度分布仪等对其进行了表征,并将其组装成实验电池利用电化学工作站及充放电测试等对样品的电化学性能进行了研究分析.结果表明,LiFePO4/C具有单一的橄榄石晶体结构,少量的碳掺杂能显著改善其电化学性能,LiFePO4/C样品的粒度较小且分布均匀,0.1 C首次放电比容量为141.8 mAh/g,循环50次后容量衰减了7.69%.图6,参8.     

氧化铈和氧化钪掺杂对氧化锆材料中点缺陷的影响

介绍了两种稀土元素掺杂的氧化锆(ZrO_2)材料:氧化铈(CeO_2)掺杂ZrO_2和氧化钪(Sc_2O_3)掺杂ZrO_2.CeO_2掺杂ZrO_2材料的研究重点是温度和氧分压对其氧空位形成的影响,以及由此带来的其热力学参数的变化.Sc_2O_3掺杂ZrO_2材料的研究重点在ZrO_2的掺杂含量对其氧空位数量的影响,以及氧空位作为离子导通的载体在晶体和晶界上的变化对材料导电性能的作用.     

锂离子电池正极材料LiFePO4的制备及电化学性能研究

∶采用高温固相法合成LiFePO4锂离子电池正极材料,为提高LiFePO4材料的电化学性能,对其进行Ti4 掺杂改性.用XRD、SEM等测试手段对材料进行表征,并对以Li1-xTixFePO4(x=0,0.01,0.03,0.05)为正极的电池进行电化学性能测试.研究表明,掺杂过程中,掺杂离子能与LiFePO4形成晶格完整、有序的单相固溶体;少量的掺杂离子还可以提高材料的电导率和电化学性能,特别是大电流放电性能,其中Li0.97Ti0.03FePO4性能最优,以0.2C5放电,首次放电质量比容量为132.0 mA.h/g,50次循环后仍保持为131.5 mA.h/g.     

掺Ni纳米TiO_2粉末的制备、表征及颜色分析

采用两种不同方法制备掺Ni纳米TiO2 粉末 ,即以钛酸四正丁酯为原料 ,用溶胶─凝胶法制备 ,或以硫酸钛和碳酸铵为原料 ,用沉淀法制备 ,并对两种方法制备的样品进行了对比 .对不同煅烧温度和不同掺杂浓度所制备的样品进行了颜色分析 .利用TG_DTA、FTIR、SEM和PL光谱测试技术对样品进行了表征 ,结果表明制备条件不同对样品性能有较大影响 .     

基于TiO2纳米管的三维LiFePO4正极材料的制备及其电化学性能

本文用TiO_2纳米管阵列作为薄膜锂离子电池的三维模板,通过磁控溅射在TiO_2纳米管上沉积LiFePO_4薄膜,制备出了具有三维结构的LiFePO_4薄膜.结果表明,这种结构的电池不仅增大了LiFePO_4与电解质的接触面积、提高了正极材料的利用率,还有效地缩短了锂离子的迁移路径、弥补了锂离子扩散率低的缺陷,从而改善了电极材料的动力学性能.     

受主掺杂对BaSnO3电阻的电学性能影响

测试BaSnO3电阻样品的复阻抗、损耗电学性能,通过对实验结果的分析得知,通过受主Na2CO3及Mn（NO3）2复合掺杂能够有效增加该材料的晶界电阻.同时得出随着Mn（NO3）2掺杂量的增大,材料的电阻增大,且当掺杂量为1.0 mol%时,材料的电阻率为3.3×10^6Ω.cm;而其介电系数与损耗则随着Mn（NO3）2掺杂量的增加而减小,在1 kHz下的介电系数为1.9×10^4,损耗为0.34.