鋰離子電池層狀電極材料晶格動(dòng)力學(xué)的第一性原理研究

1、分類號(hào)：O469密級(jí)：學(xué)校代碼：10414學(xué)號(hào)：2012010623碩士研究生學(xué)位論文碩士研究生學(xué)位論文鋰離子電池層狀電極材料晶格動(dòng)力學(xué)的第一性原理研究鋰離子電池層狀電極材料晶格動(dòng)力學(xué)的第一性原理研究FirstprinciplesstudyonlatticedynamicsoflayeredelectrodematerialinLiIonbatteryFirstprinciplesstudyonlatticedynamicsoflaye

2、redelectrodematerialinLiIonbattery杜桃園杜桃園院所：物理與通信電子學(xué)院導(dǎo)師姓名：徐波學(xué)科專業(yè)：凝聚態(tài)物理研究方向：材料計(jì)算二○一五年四月I摘要摘要基于密度泛函理論(DFT)的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算，完美地解釋了許多材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，而且在材料性能預(yù)測(cè)及功能設(shè)計(jì)方面作用日益突出?？墒堑侥壳盀橹乖阡囯x子電池電極材料的計(jì)算和模擬中，大量的計(jì)算都集中在材料的基態(tài)（0K）性質(zhì)上，而鋰離子電池通常工作在有限溫度下，此時(shí)材

3、料的結(jié)構(gòu)將與其基態(tài)結(jié)構(gòu)有所區(qū)別。溫度對(duì)于電極材料的結(jié)構(gòu)影響很大，而溫度的影響主要體現(xiàn)在材料熱力學(xué)性質(zhì)上。另外，鋰離子電池電壓理論計(jì)算值常常與實(shí)驗(yàn)值有一定的誤差，其主要原因是計(jì)算中沒有考慮熵的影響，而熵是材料一個(gè)很重要的熱力學(xué)參數(shù)。綜上，我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)電極材料在實(shí)驗(yàn)中獲得的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行理論模擬，熱力學(xué)性質(zhì)是必需考慮的。本文以此為切入點(diǎn)考慮了晶格振動(dòng)，研究了層狀材料的晶格動(dòng)力學(xué)性質(zhì)以及其熱力學(xué)性質(zhì)（如赫姆霍茲自由能，振動(dòng)熵和熱容）。一方

4、面，我們研究了鋰離子電池一元層狀正極材料LiMO2(M=CoNiMn)的晶格動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，分析其聲子色散曲線特性，從原子尺度了解其晶格振動(dòng)的特征，并將理論計(jì)算的熱力學(xué)量與已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了我們計(jì)算的結(jié)果。另一方面，我們研究了二維層狀材料氫化硅烯和氫化鍺烯在不同應(yīng)變條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)二維層狀材料在拉應(yīng)變下能保持結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，而在壓應(yīng)變作用下變得不穩(wěn)定，聲子譜出現(xiàn)虛頻，且虛頻大小會(huì)隨壓應(yīng)變的增大而增大?；谠诶瓚?yīng)