鋰離子電池負(fù)極材料WO3的第一性原理研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池在人們的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。鋰離子電池由于其能量密度高、電池電壓高、工作溫度范圍廣、貯存壽命長、環(huán)境友好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動交通工具、大型動力電源、二次充電及儲能設(shè)備、航空航天及國防軍事等領(lǐng)域。目前，商品化的鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨，然而，由于石墨的比容量較低，副反應(yīng)較多，層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn)，研究新型鋰離子電池負(fù)極材料成為當(dāng)務(wù)之急。
　　本文基于第一性原

2、理計(jì)算，對潛在的新型鋰離子電池負(fù)極材料三氧化鎢（WO3）進(jìn)行了研究。根據(jù)WO3的晶體結(jié)構(gòu)首先研究了WO3對鋰的吸附機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)鋰的吸附位置位于鎢氧平面之間，與鎢氧平面外的氧原子形成了鋰氧平面。進(jìn)一步通過第一原理結(jié)構(gòu)優(yōu)化與能量計(jì)算方法，我們得到WO3體系對鋰的三個穩(wěn)定吸附位置，分別是氧三角形和氧六邊形中心所對應(yīng)的鋰氧平面內(nèi)的位置以及鎢氧平面內(nèi)的氧原子所在位置沿氧六邊形中心方向偏移約0.78?所對應(yīng)的鋰氧平面內(nèi)的相應(yīng)位置。通過對WO3單胞

3、體系連續(xù)嵌鋰結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一性原理能量計(jì)算，得到 WO3單胞對鋰的理論最大吸附數(shù)量為6，當(dāng)鋰的數(shù)量超過該閾值時，體系對鋰的吸附變得很不穩(wěn)定。根據(jù)第一性原理能量計(jì)算結(jié)果，結(jié)合負(fù)極材料鋰嵌入電壓計(jì)算公式，得到了體系在連續(xù)嵌鋰過程中嵌入電壓隨嵌鋰數(shù)量變化的特性曲線。利用 cNEB方法對鋰在WO3體系中的擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行了研究，對比鋰在鋰氧平面內(nèi)擴(kuò)散和鋰氧層間擴(kuò)散，計(jì)算結(jié)果表明鋰在鋰氧平面內(nèi)的擴(kuò)散能壘高度較低，而層間擴(kuò)散的能壘較高，且能量不收斂，由此可