碱金属离子电池正极材料MoF6的计算模拟研究

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锂离子电池因其高能量密度、高电极电位、稳定的循环性能以及环保友好性等显著优势,成为了备受关注的理想化学电池。而锂离子电池巨大的成功,也使得钠离子电池及其电极材料的研究在近年来得到了广泛关注。钼的氟化物有望利用其多个氧化还原电对的特性来实现多电子可逆交换,从而实现锂/钠离子电池更高的可逆比容量。同时由于“诱导效应”的影响,强电负性的氟元素可显著提高过渡金属的氧化还原电位,从而提高电池的工作电压。基于这些方面的因素来看,MoF6有望为一类新颖的锂/钠离子电池正极材料。本文基于键价力场模型(Bond Valence-based force field model)构造相互作用势,勘探材料结构中的势能曲面以寻找适合钠/锂离子嵌入的空间位置,并结合第一性原理计算,探究了 MoF6材料在离子嵌入过程中的结构演化及其内在机理。针对两种不同的MoF6实验结构(Im-3m,Pnma),我们预测了不同钠/锂含量下的AxMoF6-Im-3m、AxMoF6-Pnma结构(A=Na,Li),研究了不同碱金属离子含量情况下的中间相稳定性,并通过键长变化和键角变化分析,探究MoF6八面体的形变与碱金属离子含量及结构稳定性等方面的关系。结果表明,MoF6八面体对结构的稳定性有明显的影响,扭曲程度越低的结构能量越低;MoF6无论在嵌钠还是嵌锂的过程中表现出较小的体积变化和高电压,表明其具有成为钠/锂离子电池正极材料潜力。本文对于金属氟化物MoF6的嵌钠/锂过程的研究,为多价态金属氟化物作为正极材料的实验和理论研究提供了重要的参考价值。
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