不同温度下锂离子电池正极材料LiCoO_(2)的第一性原理研究

摘要

对电极材料在固定温度下热力学性质的评价,有助于准确描述锂离子电池(LIBs)的性能。为了全面了解层状锂LiMO_(2)(M=Co、Ni、Mn)的特性,大量理论计算被用来预测该类材料的各种物理、化学性质,包括嵌入电压、Li空位有序化、Li扩散、复杂过渡金属有序化以及电子迁移路径等。然而,在高功率下,电池由于高速运转产生了更多的热量,导致一系列热力学问题出现。目前,大多数基于密度泛函理论(DFT)的研究只考虑了0 K下的热力学性能,而忽略了高温下晶格振动对性能的影响。基于此,在DFT的基础上,通过精确地模拟Li、LiCoO_(2)及Li□CoO_(2)声子谱和晶格振动等热力学参数,计算并绘制了关于Li、LiCoO_(2)及Li□CoO_(2)的温度与赫姆霍兹自由能的关系图;并根据不同温度的相关影响对脱锂电势进行了修正处理,发现随着温度的不断升高,晶格振动会进一步造成脱锂电势的逐步降低,从而导致正极材料的容量减小。