基于第一性原理的晶态 Li-Nb-O 与 Li-Ta-O 涂层中的活性组分研究

高镍含量的层状氧化物 $\mathrm{LiNi_xMn_yCo_{1-x-y}O_2}$ (NMC) 正极具有高压实电压与高能量密度。然而，高镍含量（例如 $x$ = 0.8，即 NMC 811）会导致高表面反应性，从而引发热失控与产气。尽管被认为更安全，全固态电池仍受高界面电阻困扰。在此，我们研究铌酸盐与钽酸盐涂层材料，其可缓解锂离子电池与全固态电池中的界面反应活性。第一性原理计算揭示了 Li-Nb-O 与 Li-Ta-O 涂层的多相本质，包含 $\mathrm{LiNbO_3}$ 与 $\mathrm{Li_3NbO_4}$ 或 $\mathrm{LiTaO_3}$ 与 $\mathrm{Li_3TaO_4}$ 的混合物。Li-Nb-O 或 Li-Ta-O 中多种相的共存调控了这些涂层中稳定本征缺陷的类型。Li-Nb-O 与 Li-Ta-O 涂层材料可优先形成锂空位 $\mathrm{Vac^{'}_{Li}}$ 与反位缺陷 $\mathrm{Nb^{\bullet \bullet \bullet \bullet}_{Li}}$（$\mathrm{Ta^{\bullet \bullet \bullet \bullet}_{Li}}$），并组合为电荷中性缺陷复合物。即使在缺陷晶态 $\mathrm{LiNbO_3}$（或 $\mathrm{LiTaO_3}$）中，我们也揭示出较差的锂离子传导特性。相比之下，经高温煅烧引入的 $\mathrm{Li_3NbO_4}$ 与 $\mathrm{Li_3TaO_4}$ 可在这些涂层中提供充分的锂离子传输。我们对重要 Li-Nb-O 与 Li-Ta-O 涂层材料中结构-性能关系的深入探究，有助于开发更合适的煅烧方案，以最大化这些铌酸盐与钽酸盐的功能特性。