【摘 要】
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固态电解质膜（SEI）是锂离子电池内部的一层薄膜,能够阻止电子的通过,而对离子有很好的导通性,对电池使用时的安全性和性能有着重要的影响。SEI的成分、结构及形成机理与其传输特性密切相关,目前尚无较为完整的理论揭示SEI的传输特性。本文针对SEI内层最常见的两种无机盐成分LiF和Li2CO3的电子传输特性和离子传输特性展开研究。在电子传输部分,以一维电子隧穿模型为基础,得到了两种材料阻碍电子隧穿的临
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固态电解质膜（SEI）是锂离子电池内部的一层薄膜,能够阻止电子的通过,而对离子有很好的导通性,对电池使用时的安全性和性能有着重要的影响。SEI的成分、结构及形成机理与其传输特性密切相关,目前尚无较为完整的理论揭示SEI的传输特性。本文针对SEI内层最常见的两种无机盐成分LiF和Li2CO3的电子传输特性和离子传输特性展开研究。在电子传输部分,以一维电子隧穿模型为基础,得到了两种材料阻碍电子隧穿的临界厚度。在离子传输部分,确定了LiF和Li2CO3各自包含的缺陷类型及对应的迁移方式,并使用CI-NEB计算得到各种缺陷迁移的能垒,最终计算了对应的扩散系数。此外,本文还对LiF和Li2CO3中各种缺陷的迁移维度和迁移连续性进行了研究,得到了完整且连续的迁移路径。具体结论如下:（1）以密度泛函理论（DFT）为基础,计算得到LiF和Li2CO3的禁带宽度分别为8.968e V和5.080e V,皆表现出了良好的绝缘特性。LiF的临界厚度为1.82nm,Li2CO3的临界厚度为2.53nm。在阻碍电子穿过SEI的能力上,LiF的表现要优于Li2CO3。（2）在LiF中,空位锂（VLi-）、空位氟（VF+）、间隙锂离子（Lii+）和最邻近肖特基缺陷对（SP）的迁移能垒分别为0.60e V、0.70e V、0.4e V和0.90e V。尽管间隙锂离子Lii+不是LiF中的主要缺陷类型,但该缺陷对离子传输的贡献最大。LiF中所有缺陷的迁移无方向上的选择性,且都是三维的。（3）在Li2CO3中,间隙锂离子Lii+的迁移能垒范围为0.128e V～0.367e V,迁移方式包括直接迁移和knock-off迁移,两种迁移方式共同组成二维平面（1 0 0）的迁移。空位锂VLi-的迁移能垒范围为0.156～0.454e V,最低能垒对应的迁移路径方向为[10 0]。由于Li2CO3中各缺陷的能垒差别较小,缺陷类型可相互转换,因而Li2CO3中Li+和VLi-的迁移是三维的。
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