锂离子在电极材料中传递的分子模拟及量子力学研究

发布时间：2024-04-23 00:30

　　近年来,随着新能源汽车等智能设备的发展,进一步提升锂离子电池(LIBs)的安全性能、充电速率及电池容量密度成为研究的热点。锂离子在电极材料中的传递性质对LIBs的性能有着重要的作用。电极材料的结构、导电性等和固体电解质界面(SEI)膜是影响锂离子传递的至关因素。针对这些因素,分子动力学和量子力学可以较为准确的对其进行计算,是非常有力的计算工具。因此,本文将运用分子动力学模拟及密度泛函理论进行探究。本文首先运用分子动力学(MD)模拟了充电过程中锂离子在石墨、MoS2及其复合材料中的迁移过程。通过计算锂离子的非平衡态扩散时间、平衡态扩散系数和吸附能,探究了石墨、MoS2层间距及边缘结构对Li-扩散的影响。结果表明,锂离子的传递扩散系数与其自扩散系数间有5～9个数量级的差别,且电极材料的结构对锂离子迁移的影响较为显著。对于G/MoS2复合材料,分析结果表明,材料复合的均匀度越高,越有利于锂离子的传递。其次文中运用非平衡态分子动力学(NEMD)模拟了不同化学成分、厚度和密度的SEI膜中锂离子的渗透率。实践证明,SEI膜的化学成分对锂离子传递的促进效果为:Li2CO3>LiF>com...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?ＬＩＢｓ原理结构图１Ｓｉ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｌｉ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??

化，是目前技术最为成熟的蓄电池之一。它具有比能量高，??比体积小，寿命长，成本低等优点，且经过不断的改善与发展，广泛应用于手机，电脑??等便携式电子设备［３＿６］。然而近年来，伴随着新能源电动汽车的发展，市场的需求越来??越高，进一步提升锂离子电池的安全性能、充电速率及电池容量密....

图１．２石墨／?Ｍ〇Ｓ２复合材料透射电镜照片１３３１??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ?（ＴＥＭ）?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｉｔｅ／?ＭｏＳ２??

－ＣＮＴ）复合材料。通过控??制三者的配比，３Ｄ?ＭｏＳ２＠Ｇ－ＣＮＴ复合材料的速率能力、比容量、循环寿命等均有了显??著的提升。Ｙａｎ等［３２］通过将一些Ｆｅ２〇３纳米棒包覆在球状石墨表面进而合成了??ｓｐｈｅｒｉｃａｌ－ｇｒａｐｈｉｔｅ／?Ｆｅ２０３复合材料。其次他们通过实验....

图１．３?ＳＥＩ膜形成的原理结构图％??

化学反应而形??成的，是锂离子脱嵌必经过的界面膜。ＳＥＩ膜的化学成分和电解液及其添加剂有很密切??的关系，一般情况下，ＳＥＩ膜的成分包括有机组分和无机组分。其中，ＳＥＩ膜的有机组??分主要包括１１０（：０山，１１０（：０１＾，１１０１＾和１１（：０００（化学式中的１１表示烷基结构....

图１．４沿Ｌｉ迁移路径的能量屏障ＡＥ图［６３１??Ｆｉｇ．?１．４?Ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｒｒｉｅｒ?ＡＥ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?Ｌｉ?ｍｉｇｒａｔｉｏｎ?ｐａｔｈ??

第６页???华东理工大学硕士学位论文??近年来，一些研究者运用该方法计算了锂离子运输过程中的扩散势垒，从而判断锂??离子的最佳扩散路径及材料结构。例如，Ｚｈｏｕ等［６３１运用ＤＦＴ研究了?Ｌｆ在石墨烯上的??扩散性质，如图１．４，他们发现锂离子主要在平行于石墨烯的方向扩散。Ｐｅｒ....

本文编号：3962353