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具有六方钨青铜型结构的FeF3(HTB-FeF3)是金属氟化物中最具有代表性的新一代的锂电池正极材料,具有高电压和高理论比容量的优点,但较差的电子导电性和结构稳定性阻碍了其实际应用。离子掺杂是改善材料导电性和结构稳定性的有效方法,但存在着掺杂离子选择的复杂性和随机性问题,缺乏系统的理论指导。因此,本文采用第一性原理方法从电子、原子尺度讨论阴、阳离子掺杂HTB-FeF3的机理,突破其较差电子导电性以及结构稳定性的瓶颈,设计出具有优异性能的HTB-FeF3材料,为推动其在锂离子电池中的应用提供重要的理论指导作用,其具体内容如下:(1)研究Ti离子掺杂对HTB-FeF3晶体结构及电子结构的影响。首先,讨论所有不同价态的Ti离子(Ti2+、Ti3+、Ti4+)掺杂HTB-FeF3体系的晶体结构缺陷类型,然后通过计算各掺杂体系的形成能,获得最稳定的Ti离子掺杂结构。然后对其能带结构、态密度、差分电荷以及Bader电荷进行电子结构分析。结果表明Ti3+最容易实现掺杂,经过Ti3+掺杂后,Fe-F键长增大从而导致F空位产生,这能够拓宽HTB-FeF3的一维通道,有利于锂离子在HTB-FeF3中的传输。而且Ti掺杂能够降低HTB-FeF3能带带隙,从而提高其电子导电性。(2)研究Co离子掺杂对HTB-FeF3晶体结构及电子结构的影响。首先,对HTB-FeF3进行Co2+、Co3+掺杂,并考虑掺杂后可能产生的F空位缺陷结构。通过形成能计算表明Co2+最容易实现掺杂,然后对其能带结构、电子态密度、差分电荷以及Bader电荷进行分析,发现Co2+掺杂能够降低HTB-FeF3的能带带隙。(3)研究OH-离子掺杂对HTB-FeF3晶体结构、力学性能及电子结构的影响。形成能计算结果表明OH-能够实现掺杂,随着OH-掺杂浓度增大,HTB-FeF3-x(OH)x结构稳定性虽然有所降低,但其带隙值逐渐降低,晶体FeF2.167OH0.833具有最低的能带(1.443eV)。此外,HTB-FeF3和FeF2.167OH0.833的弹性常数计算结果表明,OH-掺杂能有效提高HTB-FeF3的力学性能,增强结构稳定性。(4)研究不同价态的O离子掺杂对HTB-FeF3晶体结构及电子结构的影响:首先,研究掺杂后可能产生的F空位或Fe间隙离子缺陷。通过计算发现,O2-掺杂缺陷晶体FeF2.986O0.0142-的形成能最小,其晶体结构最稳定。然后,对FeF2.986O0.0142-的能带结构、电子态密度、差分电荷以及Bader电荷分析进行分析,发现O离子掺杂可以有效降低HTB-FeF3的能带带隙。