鋰離子電池正極材料FeF3的第一性原理計算.pdf

1、能源和環(huán)境問題越來越受到世人的廣泛關(guān)注。鋰離子電池環(huán)境友好，在理論和實驗方面都得到了大量的研究并且在商業(yè)上也取得了廣泛應(yīng)用，如用于各種便攜式設(shè)備、電動汽車以及可再生能源的貯備等。本文采用密度泛函理論(DFT)、DFT+U等第一原理方法對FeF3鋰離子電池正極材料的結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及嵌Li過程中相變?yōu)閠rirutile Li0.5FeF3結(jié)構(gòu)后的電化學(xué)性質(zhì)進行了系統(tǒng)的計算。研究的內(nèi)容主要包括：
　　 1)為了提高能量密度和放電

2、電壓，新型的鋰離子電池正極材料FeF3最近得到研究者的關(guān)注。我們用第一性原理方法對FeF3材料的結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)進行了理論計算和分析。結(jié)果表明：和實驗上的結(jié)論一致，F(xiàn)eF3的反鐵磁結(jié)構(gòu)要比鐵磁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；電子態(tài)密度的分析指出FeF3是Mott-Hubbard絕緣體，有著很大的d-d型能帶間隙；另外，我們也發(fā)現(xiàn)F上有小的自旋極化，與Fe-Fe磁相互作用的超交換機制相一致。
　　 2)最近的實驗研究報道了正極材料FeF3在鋰嵌入時的

3、電化學(xué)反應(yīng)中可能存在從三角結(jié)構(gòu)到trirutile結(jié)構(gòu)的相變。因此，我們利用密度泛函理論和DFT+U方法對trirutile LixFeF3的晶體結(jié)構(gòu)變化、電子結(jié)構(gòu)和嵌鋰平均電壓進行了計算和分析。我們的結(jié)果指出，LixFeF3(x=0.25-0.75)的電化學(xué)反應(yīng)為單相反應(yīng)，并且理論結(jié)果較為準確地預(yù)測了嵌鋰平均電壓。為了更好地理解Li離子嵌入和脫嵌過程，我們對trirutile結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和磁性等做了詳細分析。我們發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率在Li離子