聚阴离子型锂离子电池的制备与第一性原理计算

第1章聚阴离子型锂离子电池概述11.1引言11.2锂离子电池概述21.2.1锂离子电池的发展趋势21.2.2锂离子电池的构成31.2.3锂离子电池的工作原理41.2.4锂离子电池正极材料的分类61.3聚阴离子型正极材料81.3.1磷酸盐化合物81.3.2硅酸盐化合物211.3.3氟化磷酸盐化合物261.3.4硼酸盐化合物271.4第一性原理271.4.1第一性原理概述271.4.2第一性原理在锂离子电池中的应用28第2章第一性原理计算292.1第一性原理的理论基础292.1.1多粒子体系的哈密顿量292.1.2波恩-奥本海默（Born-Oppenheimer）近似302.1.3哈特里-福克（Hartree-Fock）近似322.1.4密度泛函理论342.1.5交换关联泛函362.2充放电模型372.3计算实际操作382.3.1VASP软件简介382.3.2计算细节与方法39第3章聚阴离子型Li2Fe1-xMnxSiO4正极材料第一性原理计算413.1引言413.2Li2FeSiO4的第一性原理研究423.2.1Li2FeSiO4材料的晶体结构分析423.2.2Li2FeSiO4的电子结构473.2.3Li2FeSiO4的布居483.3过渡金属Fe位掺杂Li2FeSiO4的第一性原理研究513.3.1Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系模型的构建513.3.2Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系的结构稳定性533.3.3Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系的能带573.3.4Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系的态密度583.3.5Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系的电荷密度64第4章聚阴离子型锂离子电池材料的表征664.1聚阴离子型化合物的表征664.1.1X射线衍射664.1.2扫描电子显微镜664.1.3傅里叶变换红外光谱674.1.4热分析684.1.5透射电子显微镜694.1.6原子力显微镜694.1.7Rietveld晶体结构解析和精修704.2电极材料的表征724.2.1电极制备及扣式电池组装724.2.2充放电测试734.2.3循环伏安测试744.2.4电化学阻抗谱测试74第5章两段焙烧法制备聚阴离子型Li2MnSiO4/C正极材料755.1引言755.2Li2MnSiO4/C正极材料的两段焙烧法的合成755.2.1前驱体的制备755.2.2正极极片制备765.3正极材料性能分析765.3.1前驱体的热重分析765.3.2焙烧温度对Li2MnSiO4/C材料的影响775.3.3焙烧时间对Li2MnSiO4/C材料的影响805.3.4碳包覆量对Li2MnSiO4/C材料的影响835.3.5最佳条件下制备的Li2MnSiO4/C材料性能875.4小结91第6章水热法合成碳复合聚阴离子型LiMnPO4正极材料926.1LiMnPO4正极材料概述及研究现状926.2沉淀法制备Li3PO4的工艺与材料特性936.2.1沉淀法制备Li3PO4的正交实验936.2.2H3PO4浓度对Li3PO4形貌及晶粒大小的影响956.2.3酸入碱速度对Li3PO4形貌及晶粒大小的影响986.2.4LiOH浓度对Li3PO4形貌及晶粒大小的影响1006.2.5反应温度对Li3PO4形貌及晶粒大小的影响1016.2.6沉淀法制备空心球形Li3PO4的热分析和物相化分析1056.3水热法合成碳复合LiMnPO4的工艺、结构与电化学性能1076.3.1水热法制备LiMnPO4/C的正交实验1076.3.2反应时间对LiMnPO4/C的结构及性能的影响1106.3.3反应物浓度对LiMnPO4/C的结构与性能的影响1136.3.4醇水体积比对LiMnPO4/C的结构与性能的影响1176.3.5反应温度对LiMnPO4/C的结构与性能的影响1206.3.6高电压正极材料LiMnPO4/C的物相及性能研究1246.4小结128第7章离子液体热合成法合成聚阴离子型LiFePO4正极材料1297.1引言1297.2尿素/四甲基氯化铵体系中LiFePO4的合成1307.2.1尿素/四甲基氯化铵体系中LiFePO4的物化表征1327.2.2尿素/四甲基氯化铵体系中LiFePO4的电化学性能表征1347.3季戊四醇/氯化胆碱体系中LiFePO4的合成1377.3.1季戊四醇/氯化胆碱体系中LiFePO4的物化表征1397.3.2季戊四醇/氯化胆碱体系中LiFePO4的电化学性能表征1417.4小结143参考文献145