高電壓正極材料Li1-xCoO2(x=0.75) 的電子結(jié)構(gòu)

林　妹,胡家琦,朱梓忠

(廈門大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,福建廈門361005)

高電壓正極材料Li1-xCoO2(x=0.75) 的電子結(jié)構(gòu)

林妹,胡家琦,朱梓忠*

(廈門大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,福建廈門361005)

摘要：進(jìn)一步提高目前成熟的鋰離子電池電極材料LiCoO2的容量是一個重要的研究方向．本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了高脫鋰量材料Li1-xCoO2(x=0.75)的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)性質(zhì),為深入理解該高電壓材料的電子結(jié)構(gòu)提供基礎(chǔ)．計算表明,LiCoO2材料中Co是以正常的價態(tài)+3價的形式存在的．少量脫鋰時,小部分Co3+由于進(jìn)一步失去電子而從+3價變成+4價．當(dāng)深度脫鋰(x=0.75)時,不僅有很多的Co3+再變價,而且部分O-2p軌道也會失去電子,產(chǎn)生2種氧離子O1和O2,其中O1離子占O變價總數(shù)的1/3,而O2離子占2/3．不同價態(tài)的Co與不同氧離子之間的鍵長有明顯的區(qū)別．與Co3+相比,Co4+和氧離子之間聚集了更多的電子,它們之間的相互作用力也將強(qiáng)于Co3+與氧離子之間的相互作用力．

關(guān)鍵詞：Li0.25CoO2;電子結(jié)構(gòu);第一原理計算;GGA+U

鋰離子電池具有比能量高、自放電小和壽命長等優(yōu)點,是電動汽車最具實用可能性的動力電池．電動汽車對鋰離子電池的能量密度提出了巨大的挑戰(zhàn)．鋰離子電池正極材料LiCoO2的首次出現(xiàn)可追溯到20世紀(jì)50年代中期[1],它也是目前廣泛商業(yè)化應(yīng)用的第一代鋰離子電池正極材料,在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中的電子設(shè)備和電動車領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛[2-3],在過去30多年間得到了廣泛的研究．LiCoO2中所有的Li+從材料中完全脫出時,它的理論容量達(dá)到274 mAh/g,當(dāng)……