富锂正极材料 Li$_2$MnO$_3$ 的掺杂：晶格位点偏好、电子结构与脱锂机制之间的相互作用
材料科学
2017-12-07 v2
摘要
我们报道了使用杂化密度泛函计算对 LiMnO 在稀掺杂极限和重掺杂两种情况下的掺杂进行的详细第一性原理研究。我们发现，Al、Fe、Mo 和 Ru 杂质在掺入 LiMnO 时于 Mn 位点能量上最有利，而 Mg 在 Li 位点掺杂时最有利。另一方面，Ni 可掺入 Li 位点和/或 Mn 位点，且 Ni 在晶格位点上的分布可通过调节材料制备条件来调控。晶格位点偏好与掺杂剂的电荷和自旋态、掺杂材料的电子结构以及脱锂机制之间存在强烈的相互作用。计算的电子结构和电压曲线表明，在 Ni、Mo 或 Ru 掺杂的 LiMnO 中，脱锂过程中电化学活性的过渡金属离子上的氧化先于氧上的氧化发生。掺杂剂的作用是在脱锂初始阶段提供电荷补偿和体相电子传导机制，从而在后期阶段实现晶格氧的氧化。因此，本工作阐明了在高容量电池正极材料设计中，如何将氧氧化机制与涉及过渡金属阳离子的常规机制结合使用。
引用
@article{arxiv.1710.10241,
title = {Doping Li-rich cathode material Li$_2$MnO$_3$: Interplay between lattice site preference, electronic structure, and delithiation mechanism},
author = {Khang Hoang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.10241},
year = {2017}
}
备注
11 pages, 10 figures; minor changes