磷掺杂石墨烯负极在锂离子电池中影响的原子尺度洞察
应用物理
2020-06-08 v1 材料科学
摘要
受近期一项实验与理论研究[Yang et al., 2017]的启发——其中提出石墨烯中的凸起可作为提升钠离子电池性能的有效策略，本文采用密度泛函理论全面研究了石墨烯中磷掺杂对Li吸附与扩散行为的影响。我们发现，P掺杂剂在石墨烯中引入的凸起增强了单个Li原子在负极上的吸附，这源于Li与基底碳原子间额外的部分共价键合特征。然而，随着Li原子浓度增加，它们倾向于形成团簇，可能导致枝晶生长进而引发电池失效。费米能级处的有限态密度保证了P掺杂石墨烯在吸附Li原子前后的电子导电性。除费米能级随Li浓度增加小幅上移外，未观察到态密度（DOS）的显著变化。此类凸起作为Li的捕获中心，阻碍其在基底上迁移，导致负极循环性能不佳。该原子尺度研究将为新型电池技术负极材料的进一步开发提供有益指导。
引用
@article{arxiv.2006.03500,
title = {Atomistic Insights into the Effects of Phosphorous Doping of Graphene Anode in a Lithium Ion Battery},
author = {Babita Rani and Vladimir Bubanja and Vijay K. Jindal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.03500},
year = {2020}
}
备注
15 pages, 8 figures, 35 references submitted to Applied Surface Science 2020