电子掺杂对锂离子电池电极材料力学性能影响的第一性原理研究

发布时间：2022-10-03 21:57

　　高效合理地转化、存储和利用在自然界中存在广泛且供应不断的清洁能源,例如太阳能、水能和风能等,是人类保护和治理当今环境的关键和根本所在,是推动人类社会经济走出发展瓶颈的一条捷径,同样也是必由之路。目前,使用锂离子电池是清洁能源实现高效转化、存储和利用的重要方式。随着对高功率、大容量和长循环寿命锂离子电池需求的不断增加,人们开始寻求新一代电极材料,而电极材料的力学稳定性能对锂电池的安全使用具有至关重要的作用。本文应用第一性原理方法研究了新型锂离子电池电极材料,包括IVA族材料（Si、Ge和Sn）和二维材料（石墨烯、硅烯和2H-MoS₂）在嵌锂过程中的力学稳定性,并揭示了其力学特性变化的微观机理,主要研究内容及结果如下:1.应用密度泛函理论研究了锂离子嵌入后IVA材料的力学稳定性,发现材料的弹性常数C₁₁和C₄₄随锂嵌入浓度的增加而减小,并且有明显的体积膨胀和弹性软化现象,材料的力学稳定性也随之减弱。通过进一步研究电子掺杂对IVA材料力学稳定性的影响,我们发现了与锂离子嵌入相同的结果。结果表明,电子掺杂效应是导致IV族材料在锂... 

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景与意义
    1.2 锂离子电池简介
        1.2.1 锂离子电池的历史与发展
        1.2.2 锂离子电池基本工作原理
        1.2.3 锂离子电池的特性
        1.2.4 锂离子电池的电极材料简介
    1.3 论文主要工作内容概述
    1.4 本论文结构安排
第二章 基本理论
    2.1 价电子近似
    2.2 玻恩-奥本海默近似
    2.3 哈特里-福克方法
    2.4 密度泛函理论
    2.5 局域密度近似和广义梯度近似
    2.6 布洛赫定理
    2.7 赝势和外部势的处理
    2.8 SIESTA软件包
第三章 电子/锂掺杂对Si,Ge和 Sn电极材料力学稳定性的影响
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 Li掺杂对电极材料的力学稳定性能的影响
        3.3.2 电子掺杂对电极材料的力学稳定性能的影响
    3.4 本章小结
第四章 二维材料(石墨烯/硅烯/MoS_2)锂化过程中力学性能研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 石墨烯
        4.3.2 硅烯
        4.3.3 2H-MoS_2
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 创新之处
    5.3 未来展望
致谢
参考文献
攻读学位期间所发表的学术论文和获奖情况



本文编号：3684892