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第一性原理研究Mg掺杂对LiCoO_(2)正极材料结构稳定性及其电子结构的影响

         
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LiCoO_(2)作为商业化最早的锂离子电池正极材料,至今仍受到许多研究人员的广泛关注.高电压下LiCoO_(2)面临着严重的容量衰减和性能下降等问题,实验上通常采用体相元素掺杂以稳定LiCoO_(2)在高电压下的晶体结构,从而提高其电化学性能.Mg元素掺杂被认为是一种能够提高LiCoO_(2)高电压循环稳定性的有效手段,但Mg的具体掺杂形式以及作用机理仍需进一步深入研究.本文基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了LiCoO_(2)中Mg对Co位和Li位各种替代组态的形成能及其电子结构.计算结果表明,Mg在LiCoO_(2)中的替代情况较为复杂:掺杂浓度为3.7%时,Mg更倾向于替代Co位;而掺杂浓度提高至7.4%后,则Mg不仅仅可以只替代Co位或Li位,还存在同时替代Co位和Li位的可能;各种替代组态也呈现出不同的电子态,既存在金属态,也有半导体态,同时在许多情况下还伴有电子局域态.因此,我们认为LiCoO_(2)的Mg掺杂位形与掺杂量有密切的关系,且掺杂诱导的电子结构也存在较大的差异.

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