【摘 要】
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LiCoO2是锂离子电池中最常用的正极材料之一,因其具有易合成、高质量密度和高体积能量密度、出色的循环稳定性和高压平稳性等特点。虽然LiCoO2正极材料已经得到了很好的发展,但仍有提高倍率能力的空间。掺杂或表面涂层等材料处理方法已经被用来提高LiCoO2的电导率。施加应变是调节电极材料离子电导率的另一种有效方法。本文主要工作内容以及创新如下:(1)基于原子模拟技术准确地重现LiCoO2的实验结构参
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LiCoO2是锂离子电池中最常用的正极材料之一,因其具有易合成、高质量密度和高体积能量密度、出色的循环稳定性和高压平稳性等特点。虽然LiCoO2正极材料已经得到了很好的发展,但仍有提高倍率能力的空间。掺杂或表面涂层等材料处理方法已经被用来提高LiCoO2的电导率。施加应变是调节电极材料离子电导率的另一种有效方法。本文主要工作内容以及创新如下:(1)基于原子模拟技术准确地重现LiCoO2的实验结构参数和晶体性质。计算了无应变条件下LiCoO2中缺陷能并设计了确定氧原子在间隙位置的优化计算程序。确定了层状LiCoO2中锂离子两种主要的迁移机制——氧哑铃跳跃型(oxygendumbbellhop,ODH)和四面体位点跳跃型(tetrahedral sitehop,TSH);(2)计算了在不同静水压压强下,LiCoO2的缺陷能和两种锂离子输运机制的迁移能垒。研究发现,在ODH和TSH机制下,各离子缺陷能和锂离子迁移能垒都随着压强的增加而增加;(3)在一定范围内(Δa/a(Δb/b=Δa/a)和Δc/c在-3%~3%之间)系统研究任意应变组合范围内锂离子的迁移能垒,提供了完整的应变图。重点讨论LiCoO2电池薄膜中可以实现的c轴应变和面内应变两种典型的应变条件。结果表明,当在ODH和TSH机制下施加单轴c轴拉应变或TSH机制下施加面内压应变时,锂离子迁移能垒显著降低。我们首次提出了 TSH迁移与应变的关系;(4)分别用解析函数和反向传播神经网络(Back propagation neural network,BPNN)对晶格动力学计算得到的数据库进行分析,提出在任意的应变条件下锂离子迁移能垒的预测方法。
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