石墨烯/氧化锂的界面储锂和掺杂效应研究

发布时间：2021-07-12 12:33

　　石墨烯/金属氧化物纳米复合材料被广泛应用于锂离子电池负极材料。实验研究表明石墨烯和金属氧化物通常会表现出协同效应,如产生超过理论比容量的额外容量等,其中石墨烯/金属氧化物界面起着至关重要的作用;此外掺杂后,石墨烯/金属氧化物通常表现出更加优异的电化学性能。考虑到多数金属氧化物在充放电循环中产生氧化锂而形成石墨烯/氧化锂界面,本论文采用第一性原理计算了系统研究了石墨烯/氧化锂的界面储锂行为及掺杂效应,探究了石墨烯/金属氧化物的储理机制。通过对比锂原子在石墨烯表面和氧化锂表面上的吸附,发现锂原子在石墨烯/氧化锂界面处的吸附呈现出协同效应,而产生界面储锂,增加体系的储锂容量。掺杂原子可以调控石墨烯的物理化学性能,而影响掺杂石墨烯/氧化锂复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能。B和N掺杂分别导致p型掺杂和n型掺杂,而增强和减弱界面储锂能力。O掺杂和S掺杂会引起石墨烯中电子态的局域化,导致界面对锂原子子吸附能力的增加,而掺杂原子与碳原子电负性的差别影响锂原子的扩散行为。掺杂石墨烯中电子态的局域化和掺杂原子的电负性这两方面的共同作用使得O掺杂石墨烯/氧化锂具有最大的界面储锂容量;而S掺杂不仅使... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池的工作原理图

图 1-2 石墨烯/氧化镍负极材料额外容量的示意图[34]. 1-2 Sketch map of extra capacity of Graphene/NiO anode mater的理论研究材料学的发展，原先通过实验测试和表征不能涉及的利用基于密度泛函理论的第一性原理计算建立相应的锂离子电池负极材料界面储锂的机制。界面储锂机制种储存机制不同于正常的法拉第扩散控制的电荷存储料表层或者近表层界面处的可逆化学反应。负极材大的界面能，存在的赝电容电荷存储机理在研究额外视的。首次利用第一性原理计算对界面储锂机制展开人[42]，通过建立 Ti 和 Li2O 组成的界面模型，在界外容量可以被储存在金属/Li2O 的纳米界面中。Hass

图 1-3 石墨烯/TiO2的电压-容量曲线[43] Schematic illustration of the discharge process of graphen究意义和主要内容氧化物纳米复合材料被广泛应用于锂离子电池和金属氧化物通常会表现出协同效应，如产生超中石墨烯/金属氧化物界面起着至关重要的作用作为一种清洁高效化学电源，其发展和物理学、来，基于密度泛函理论的第一性原理计算，已经应和评价等诸多方面，并且取得了许多突破性的进核心技术。拟采用第一性原理方法模拟计算锂原子在石墨烯

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本文编号：3279923