锂离子电池负极材料钛酸锂的掺杂改性及应用.doc

摘要：锂离子电池是最有前途的电化学电源之一被广泛使用在便携式电子设备，电动汽车，和固定能量存储系统。Ti系材料由于其高的安全性和优良的循环稳定性已经作为锂离子电池重要的负极材料被深入研究。

本文利用第一性原理研究掺杂钛酸锂的几何结构和电子性质。对制备，组成，结构，形态和电化学性能之间的关系进行了总结和分析。使用密度泛函理论计算几何结构、总能量、能带结构以及态密度。结果表明，钛酸锂有两种晶胞的电池，N型和P型。两个单元的电池具有不同的结构和电子性质，N型掺杂钛酸锂具有两个16d处的锂离子，以电子作为载流子。P型掺杂钛酸锂有三个16d处锂离子，以空穴作为载流子。然而，本征钛酸锂是绝缘体。

关键词 负极材料；钛酸锂；掺杂；第一性原理

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 研究锂电池负极材料的意义及广阔前景-1

1.2 锂离子电池简介-1

1.2.1 锂离子电池结构-1

1.2.2 锂离子电池反应机理-3

1.3 锂电池负极材料-3

1.3.1 传统负极材料-3

1.3.2 尖晶石Li4Ti5O12负极材料-4

1.4 Li4Ti5O12负极材料的改性研究-6

1.4.1 Li4Ti5O12负极材料的制备-6

1.4.2 锂离子电池负极材料的改性方法-7

1.5 本文所做的工作-10

2  实验理论与研究方法-11

2.1 计算软件叙述-11

2.1.1 Materials Studio 7.0介绍-11

2.1.2 Castep模块介绍-11

2.1.3 参数选择及操作方法-12

2.2 计算原理及方法-14

2.2.1 微动弹性带法-14

2.2.2 密度泛函理论-14

2.2.3 Wyckoff坐标-15

3  掺杂钛酸锂的电子结构与特性-17

3.1 钛酸锂本征材料的电子结构和分析-17

3.1.1 钛酸锂基本结构-17

3.1.2 计算结果与分析-18

3.2 N型钛酸锂电子结构和分析-19

3.2.1 N型钛酸锂的基本结构-19

3.2.2 理论模型与构建方法-19

3.2.3 计算结果与分析-21

3.3 P型掺杂钛酸锂电子结构和分析-22

3.3.1 P型掺杂钛酸锂的基本结构-23

3.3.3 计算结果与分析-25

结论-27

致谢-28

参考文献-29