锂离子电池是继镍镉电池、镍氢电池之后发展起来的,具有电压高、比能量大、自放电率低、无记忆效应等优点的可充电“绿色”电池。这类电池已广泛应用于移动通讯、笔记本电脑等小型电器,并在电动汽车、航空、航天领域显示良好的应用前景。目前,商业化锂离子电池大多采用LiCoO₂作为正极材料,但由于钴价格昂贵且污染环境限制了它在商业领域中的应用。由于磷酸盐系的正极材料具有环保、安全性能好、成本低廉、结构稳定和电化学性能较好等优点,被认为是最有发展潜力的锂离子电池正极材料之一。属于磷酸盐系的Li₃V₂（PO₄）₃正极材料因具有结构稳定、较高的放电电压（3.6V、4.1 V、4.6 V）及安全性能好等优点而日益为人们所关注。但Li₃V₂（PO₄）₃较低的电导率和Li⁺扩散系数严重影响了电化学性能,尤其是倍率性能。为了克服这一缺点,研究人员通常采取离子掺杂和表面包覆这两种手段,但是关于Li₃V₂（PO₄）₃电子结构方面的研究还很少。若采用分析模拟对Li₃V₂（PO₄）₃进行掺杂改性,有助于人们从原子和分子层次的基础上对分子设计进行指导,缩短实验周期,从而提高效率并节约成本。本文利用Materials Studio软件中的Castep模块建立了Li₃V₂（PO₄）₃及不同锂位掺杂Mg²⁺的晶体模型(Li(Li_1/3Mg_1/3)₂V₂（PO₄）₃-1、Li(Li_1/3Mg_1/3)₂V₂（PO₄）₃-2、Li(Li_1/3Mg_1/3)₂V₂（PO₄）₃-3、Li(Li_1/3Mg_1/3)₂V₂（PO₄）₃-4),采用广义梯度近似-GGA中的RPBE算法对它们进行几何结构优化,借助基于密度泛函理论的第一性原理超软赝势平面波方法计算了它们的能带结构、态密度及分态密度。结果表明:当以Li₃V₂（PO₄）₃为正极材料的锂离子电池充放电的过程中,会有少量的电子随着锂离子的脱出和嵌入而比较容易地发生转移或者跃迁,这对于电池的充放电效率的提高是比较有利的。Li₃V₂（PO₄）₃及Mg²⁺掺杂的Li₃V₂（PO₄）₃结构中的锂离子都是以离子状态自由存在的,而氧离子分别和钒离子、磷离子形成很强的共价键。掺杂Mg²⁺后体系的结构不会发生很大的变化,而能量都有所降低,结构中锂离子都表现出很强的局域化,对价带的贡献很小,同时与氧离子之间的相互作用很弱。此外,掺杂位置对其电子结构影响不大。将硝酸锂、磷酸二氢铵、偏钒酸铵、碱式碳酸镁、按照化学计量比称量,溶于去离子水中形成水溶液,加入一定量的草酸（草酸与磷酸钒锂的质量比为2:1）,经加热搅拌后形成凝胶,再经真空干燥后就形成Mg²⁺掺杂的Li₃V₂（PO₄）₃/C前驱体,最后将其高温真空烧结即合成Mg²⁺掺杂的Li₃V₂（PO₄）₃/C材料。将其电化学性能与Li₃V₂（PO₄）₃/C相比,结果表明:掺杂Mg²⁺能够提高Li₃V₂（PO₄）₃/C的放电容量,在0.1 C充放电倍率下,其首次放电容量能达到202.5 mAh·g^-1。还能够降低其循环衰减率,在0.5 C充放电倍率下,其首次放电电容能达到157.6mAh·g^-1,循环40次后放电容量为106.4 mAh·g^-1。