锂离子电池负极材料NiSi_2嵌锂性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究锂离子电池负极材料NiSi_2的嵌锂路径。首先计算Li嵌入NiSi_2各反应的嵌锂形成能、理论质量比容量和体积膨胀率,然后研究Li_xNi_8Si_4(x=0,1,4)的电子结构,计算其能带结构、态密度和差分电荷密度。研究结果表明:Li嵌入NiSi_2最有可能的3步反应路径为12Li~++12e~-+7NiSi_2→Li_(12)Si_7+7Ni Si,13Li~++13~e-+8NiSi→Li_(13)Si_4+4δ-Ni_2Si和Li~++e~-+δ-Ni_2Si→Li Ni_2Si;Li_xNi_8Si_4呈现出金属特性,Ni-Si之间形成较强的共价键,能够有效缓解嵌锂过程中的体积膨胀,稳定基体骨架,从而提高材料的循环性能。