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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划纳米材料,声子谱,第一性原理研究,博士 第一性原理在锂电池电极材料上的应用 张XX学号XXXX 摘要：锂离子电池的发展主要依赖于电极材料的突破,解决现有电极材料存在的问题和预测新型未知材料是提高锂离子电池性能的关键,而第一性原理计算的出现能够较好地满足这一需求。本文介绍了第一性原理计算在锂离子电池正、负极材料研究方面的原理和应用,以及第一性原理在计算材料学方面的优势，并指出了这一理论计算工具在电池材料设计过程中的重要性和局限性以及在今后需要
2、改进的地方。 关键词锂离子电池正极材料负极材料第一性原理 第一性原理计算法是从基本的物理化学常数出发，预测材料的微观状态和性质,随着计算机技术的发展，高性能、高精度、大容量的计算得以应用，在材料科学领域，第一性原理计算越发重要，通过建立模型、选择相应的计算基组和赝势描述，可模拟材料的结构组成和预测各种物理化学参数，从而为新材料的设计提供依据［1-2］。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业
3、人员的业务技能及个人素质的培训计划 锂离子电池以其容量大、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率小以及环境友好等特点,已经成为便携式电子产品的首选电源,被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机等通讯电子设备。近年来,在电动车、军用设备以及航天器等的动力电源方面的应用也是锂离子电池研发领域的热点问题。选择合适的活性电极材料是锂离子电池设计的关键内容,其中电极材料的考核指标主要包括成本、安全性、工作电压、倍率性能和循环寿命等。目前比较成熟的正极材料主要有LiMO2(M=Co、Mn、Ni),负极材料主要是碳材料(石墨、中间相碳微球等)。 随着锂离子电池
4、比能量和比功率需求的提高，新型电池材料不断涌现,正极材料如三元正极材料和聚阴离子材料等,负极材料如氮化物、合金材料以及纳米复合材料等。在电极材料的研究方面,新材料的合成、表征和测试通常要经历一个重复的摸索过程,这其中要确定大量的可调控参数,例如合成温度、时间、升温 冷却时间、以及气氛等。第一性原理计算的出现大大减轻了上述研究的工作量。严格来讲,第一性原理计算不需要实验的数据输入,而仅仅需要一些基本的物理定律(特别是在量子力学和统计热力学方面)以及材料的核外电子排,在绝热近似和单电子近似的基础上,就可以借助于普朗克常数h、电子质量m和电子电量e这3个物理常
5、数,通过自洽计算求解薛定谔(Schr?dinger)方程,得到材料的组分、结构和性能,最后在此基础上筛选得到所需的电池材料。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划 1.第一性原理计算方法概述 第一性原理计算是从求解多粒子系统的薛定谔方程研究电子结构和性质入手，了解材料宏观物理化学性质的最重要理论计算方法。其中Hohenberg－Kohn［３］提出的现代密度
6、泛函理论是材料的结构和电子性质研究的常用方法。该方法仅依靠电子质量、基本电荷、普朗克常数、光速和玻耳兹曼常数5个基本物理常数就可以计算微观体系的能量、电子结构等物理性质，因此被称为从头算或第一性原理计算方法。目前，在锂离子电池的研究中，第一性原理在计算平均嵌锂电压［4］、阐明锂的嵌入－脱嵌机理［5］、预测电极材料的电子结构和性质［6］以及材料的晶格畸变［7］等方面都获得了较大的成功。 2.第一性原理计算在锂离子电池电极材料中的应用 离子电池负极材料通常为与锂电位接近的可嵌锂化合物。理想的电极材料是正极的电压平台足够高、负极的电压平台足够低,这样才能得到
7、工作电压较高的锂离子电池。理想的负极材料应具备如下性能：Li+嵌入的自由能变化小，保证高度的可逆性；Li+在材料中具有较高的扩散率，保证良好的电导率； 热力学稳定性及对电解质的相容性好价格低廉，易于制备资源丰富，对环境无污染等。就目前而言，研究较多的负极材料有碳素材料、氧化物材料、金属及合金类材料。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划 对于新型负极材料而
8、言，首要需求高容量。从微观角度考虑，其容量的大小实际上取决于负极材
