Understanding electrode materials of rechargeable lithium batteries via DFT calculations

Rechargeable lithium batteries have achieved a rapid advancement and commercialization in the past decade owing to their high capacity and high power density.Different functional materials have been put forward progressively,and each possesses distinguishing structural features and electrochemical properties.In virtue of density functional theory(DFT) calculations,we can start from a specific structure to get a deep comprehension and accurate prediction of material properties and reaction mechanisms.In this paper,we review the main progresses obtained by DFT calculations in the electrode materials of rechargeable lithium batteries,aiming at a better understanding of the common electrode materials and gaining insights into the battery performance.The applications of DFT calculations involve in the following points of crystal structure modeling and stability investigations of delithiated and lithiated phases,average lithium intercalation voltage,prediction of charge distributions and band structures,and kinetic studies of lithium ion diffusion processes,which can provide atomic understanding of the capacity,reaction mechanism,rate capacity,and cycling ability.The results obtained from DFT are valuable to reveal the relationship between the structure and the properties,promoting the design of new electrode materials.     

Li取代氨硼烷的掺杂对RDX初始热分解影响的理论研究

提高高能炸药的爆轰性能始终是含能领域的研究目标,而金属硼氨储氢化合物具有良好化学稳定性和超高释氢能力,将其应用于含能领域,其中的金属离子和分解产物中的高纯度氢气可以有效改善高能炸药的热分解性能.因此本文探索了锂取代氨硼烷的掺杂对1,3,5-环三亚甲基三硝胺（RDX）的影响.本文基于第一性原理优化了RDX的周期性几何结构并分析了其电子结构特性;基于Monte-Carlo方法构建了锂氨硼烷（LAB）掺杂RDX化合物的周期性结构,对预测的结构进行了电子结构的分析并用Gaussian 09程序下的BP86/6-311+g （d,p）理论水平设计了RDX及LAB的相互作用方式,并分析相应的反应热效应.模拟的结果表明,引入LAB后,对应的化学势能降低,反应的自发性提高,后续反应的放热量增大.     

多孔陶瓷基锂离子吸附剂的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法在不同条件下制备Li_4Ti_5O_(12),通过XRD分析寻找出制备Li_4Ti_5O_(12)的理想条件.将高岭土、滑石粉、氧化铝和碳粉制备的多孔陶瓷在前驱体溶胶中进行浸渍负载,经干燥、煅烧制备得到多孔陶瓷基Li_4Ti_5O_(12),进行酸改性得到锂离子吸附剂,测定其对Li~+的吸附容量.实验结果表明,在一定范围内提高煅烧温度和增加保温时间有利于Li_4Ti_5O_(12)的生成,在750~800℃下保温5~8h得到的产品结晶度好、晶相纯度高.洗脱率和吸附容量随着煅烧温度和保温时间的增加而增加,在800℃下保温5h得到的样品经过酸洗后洗脱率为51.7%,对Li~+的吸附容量为12.2mg Li+/g Li_4Ti_5O_(12).     

Threshold effect of incident light intensity on the photorefractive light-induced scattering in double-doped lithium niobate crystals and its application

The formation mechanism of fanning noise in lithium niobate crystal is theoretically studied using the multi-wave mixing model. The threshold effect of incident light intensity for the photorefractive light-induced scattering in double doped lithium niobate crystal is explained by combining the multi-wave mixing model with the rwo-photorefrac-tive-sensitive-center model for single charge-carrier. Light amplification competition between the fanning noise and the signal beam in doped lithium niobate crystals is also studied. The existence of optimum photovoltaic field and optimum pump intensity is predicted theoretically.     

Li原子修饰缺陷蓝磷单层储氢性能的第一性原理研究

本文基于第一性原理计算,系统地研究了碱金属Li原子修饰缺陷蓝磷单层体系的储氢性能. 研究结果表明,双空位缺陷DV2的引入可以有效增强Li原子与蓝磷单层间的相互作用,能够有效阻止单层表面Li团簇的形成. 单个Li原子可以稳定吸附3个H2分子,H2分子平均吸附能为0.248 eV/H2. 电子结构分析表明,H2分子主要通过极化机制和轨道杂化作用吸附在Li修饰的缺陷蓝磷单层体系上. 此外,本文还研究了温度和压强对Li/DV2体系储氢性能的影响. 结果表明,在室温和低压条件下,H2分子可以稳定吸附在Li/DV2体系表面,从而实现室温条件下的可逆储氢.     

磷酸铁锂动力电池阻抗谱参数分析

以电动汽车用动力锂离子电池为测试对象,通过等效电路拟合实际测量的电化学阻抗曲线来分析电池电极系统的动力学过程,并选取等效电路模型在不同荷电状态下的参数分析不同交流阻抗组份及阻抗特性对电池充放电特性的影响。 结果表明:基于阻抗谱测试得到的等效电路模型参数有利于得出更高精度的电池电荷转移阻抗以及扩散阻抗,并且较好地区分电化学极化和浓差极化,可以用于分析不同温度和不同荷电状态的电池充放电性能。      

LiTaO_3晶体振动模式的相关分析及喇曼观测

L i Ta O3晶体晶格振动与相变已研究了近三十年 .晶格振动的观察主要集中在铁电相 .本文给出了钽酸锂铁电相与顺电相模式及相关关系 .利用喇曼散射技术 ,观察并归属了两相的喇曼激活模式 .     

PPLN准相位匹配内腔光学参量振荡器的实验研究

将准相位匹配光学参量振荡器(QPM-OPO)置于激光二极管(LD)端面泵浦的声光调Q1064nm-Nd:YVO4激光器谐振腔之内,获得了信号光单谐振的内腔光参量输出。在声光Q开关重复频率为25kHz的条件下,内腔参量振荡的阈值仅为0.9W(LD功率)。在6WLD泵浦功率下,获得了350mW的信号光输出。通过在120℃~250℃范围内改变PPLN晶体的温度,信号光输出实现了在(1493~1538)nm波段的调谐。     

正丁基锂引发甲基丙烯酸乙酯阴离子聚合的理论研究

运用密度泛函理论方法DFT-B3LYP,在6-311G*基组上全优化计算了甲基丙烯酸乙酯(EMA)及过渡态的几何构型、偶极矩、电荷和能量;通过自洽反应场(SCRF)B3LYP/6-311G*计算、振动分析和绝对速率常数理论,计算了正丁基锂作为引发剂引发甲基丙烯酸乙酯的引发速率常数;理论计算数据与实验结果基本吻合.通过理论计算可以对类似的阴离子聚合反应作出合理的预计.     

影响LiNbO3波导型F-P滤波器性能的因素

分析了影响LiNbO3波导型F P滤波器性能的3个因素:传输损耗、端面缺陷、温度变化.推导了在考虑波导损耗时的功率传输函数表达式,制作的质子交换LiNbO3光波导的传输损耗为0.35 dB/cm左右,指出在F P腔长较短(0.5~1.0 mm或更短)时,传输损耗不是影响滤波器性能的主要因素.引入端面缺陷因子来分析缺陷对滤波器功率传输函数和精细度的影响,经分析表明要使滤波器保持良好的性能,其缺陷因子不应远大于20 nm.最后分析了温度对滤波器性能的影响,指出温度变化使F P腔的中心波长发生漂移,但对峰值功率传输系数和精细度无影响.