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1、LiFePO4论文：锂离子电池正极材料LiFePO_4及其掺杂改性的第一性原理研究【中文摘要】基于考虑了Fe-3d电子间的库仑作用U和交换作用J的GGA+U方案,应用第一性原理计算系统研究了LiFePO4的晶格动力学性质。我们计算并分析了玻恩有效电荷张量、布里渊区中心的声子频率和声子色散曲线。玻恩有效电荷张量显示各向异性,佐证了LiFePO4中锂离子沿一维通道方向迁移的机理。布里渊区中心点声子频率的计算值和相应的实验结果符合得比较好。应用第一性原理计算系统研究了LiFePO4的对位缺陷,以及对位缺陷的形成对材料的电导率和离子扩散速率的影响。结果表
2、明,Li/Fe交换缺陷是最容易形成的,形成缺陷后的Fe-O键变长,扩宽了锂离子传输通道,有利于锂离子在通道中的扩散,对材料电化学性能的改善起到了一定的作用。应用第一性原理计算系统研究了具有Mg掺杂Li和Fe位的LiFePO4材料的原子和电子结构。结果显示,Mg更容易掺杂到LiFePO4的Fe位,进而形成新的LiFe1-yMgyPO4固溶体,可以很好地提高LiFePO4的离子电导率和电子电导率,并由此提出可能的微观导电机理。同时,我们发现随着Mg含量的增加,杂质的形成能和LiFe1-yMgyPO4的体积呈现降低和减小的趋势,这与实验结果符合得比较好
3、。【英文摘要】LatticedynamicalpropertiesofLiFePO4arestudiedusingfirst-principlesdensityfunctionaltheorytakingintoaccounttheon-siteCoulombinteractionwithintheGGA+Uscheme.Borneffectivechargetensors,phononfrequenciesattheBrillouinzonecenterandphonondispersioncurvesarecalculatedandanaly
4、zed.TheBorneffectivechargetensorsexhibitanisotropy,whichgivesanindirectevidencefortheone-dimensionalLimigrationtunnelalongthe[010]directioninLiFePO4,whichhasbeenproposedbyothertheoreticalcalculationsandexperimentalobservation.ThecalculatedphononfrequenciesattheГpointoftheBril
5、louinzoneagreewellwiththeavailableexperimentalresults.Antisitedefect,electronicconductivityandionicdynamicpropertiesofLiFePO4havebeeninvestigatedusingfirst-principlesdensityfunctionaltheorytakingintoaccounttheon-siteCoulombinteractionwithintheGGA+Uscheme.ResultsindicatetheLi/
6、FeexchangedefectisthemostpreferredtooccurinLiFePO4,whichcausestheFe-ObondlengthtochangeinthedirectionfavorstheformationofLi+diffusionchannels,henceimprovingtheionicdynamicpropertiesoftheolivineLiFePO4.AtomicandelectronicstructuresofLiFePO4withMgdopingatLiandFesiteshavebeeninv
7、estigatedusingthefirst-principlesdensityfunctionaltheorywiththeon-siteCoulombinteractiontakenintoaccount.ItisdemonstratedthatMgispreferentiallydopedatFesiteinsteadofLisitetoformanewLiFe1-yMgyPO4solidsolution,leadingtoahigherionicconductivity.Besides,itisfoundthatformationener
8、giesandthecellvolumesdecreasedgraduallywiththeincreaseofMgconcentrat
