二维Zr 2 B 2 高效锂离子扩散性能研究

发布时间：2024-02-16 03:17

　　众多的储能设备中锂离子电池由于它能量密度高,循环稳定性好等优异的特点,引起了人们的广泛关注并将其很好的应用于手机等便携设备中。随着计算科学的发展,计算模拟在研究新型材料方面有着十分重要的作用。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了新型材料二硼化锆优异的锂离子扩散性能。具体内容如下:1、二硼化锆上锂离子扩散性能的研究。首先我们利用CALYPSO软件包筛选出结构相对稳定的新型材料二维二硼化锆,并对材料本身的稳定性进行了计算评估;然后计算了材料的电学性质发现材料本身呈现金属性的特性,这一特性有利于锂离子在其表面的扩散。比较不同位点的吸附能,我们发现锂离子吸附在硼原子上方时结构最稳定;进一步的锂离子扩散路径的模拟结果表明锂离子在二硼化锆上具有极低的扩散势垒(仅为17 me V),这将极大的提升锂电池的充放电能力。除此以外,我们还计算发现二硼化锆具有较高的锂离子理论容量(526 m Ah g^-1),较低的平均开路电压(0.236 V)等优点。以上诸多的优异性能表现证明,二维二硼化锆是一种良好的潜在新型锂电池负极材料。2、应变对二硼化锆上锂离子扩散性能的影响。随着可穿...

【文章页数】：44 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池概述
        1.2.1 锂电池概念及发展历程
        1.2.2 锂电池工作原理及特性
    1.3 二维材料概述
        1.3.1 二维材料研究现状
        1.3.2 二维材料分类
    1.4 锂电池负极材料
        1.4.1 碳负极材料
        1.4.2 硅负极材料
        1.4.3 过渡金属化合物负极材料
    1.5 选题背景和研究内容
第二章 理论基础和计算方法
    2.1 密度泛函理论
        2.2.1 波恩-奥本海默(Born-Oppenheimer)近似
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
        2.2.4 交换关联泛函
    2.2 过渡态理论
第3章 二硼化锆上锂离子扩散性能的研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法及模型
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 二维Zr₂B₂的电子结构和稳定性
        3.3.2 锂离子在Zr₂B₂上的扩散和吸附
        3.3.3 锂离子在Zr₂B₂上的理论容量和开路电压
    3.4 结论
第4章 应变对二硼化锆上锂离子扩散性能影响
    4.1 引言
    4.2 计算模型和方法
    4.3 结果和讨论
        4.3.1 不同应变下的几何结构和能带结构
        4.3.2 不同应变下的扩散势垒和开路电压
    4.4 结论
第5章 总结和展望
    5.1 结论总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间完成的主要工作



本文编号：3900728