橄榄石LiFePO_4第一性原理计算研究进展

Abstract

锂离子电池是一种新型能源,与现有的可充电电池（铅酸电池、镉镍电池和金属氢化物镍电池）相比,在比能量上占有明显优势,目前比能量可高达170～180Wh/kg,是Cd-Ni电池的4倍，MH-Ni电池的2倍。锂离子电池的高T作电压（3．6V）使其相当于3节镉镍电池或金属氢化物镍电池的串连，有利于电池的小型化、轻量化。同时，又具有自放电率低（一般月自放电率小于6％）、长循环寿命的优点.，而且对环境友善，没有污染，是一种绿色能源。自从锂离子电池1991年成功进入世界市场，凭借以上优越性能，在手提电话，摄像机，笔记本电脑和各种便携设备方面的应用越来越广泛。随着新能源的不断开发和利用，对电解液和电极材料的要求也越来越高，特别是对环境的关注和对能源短缺的思考使得人们对锂离子电池进行了新的改进。开发新型电池正极材料是锂离子电池研究的一项重要内容，目前的研究处在实验阶段。由于候选材料的多样性，导致实验上消耗大量的人力、物力和财力，于是从理论上寻求一种计算方法对实验结果进行解释，对相关的材料进行稳定性和电化学性能预测，从而找出一些普遍性规律，已引起研究人员的广泛关注。Ceder于1998年在Nature杂志上发表了《使用第一性原理计算来指导锂离子电池正极材料合成》的研究论文，文中计算出LiAIO_2的嵌入电压高达5．4 V，但纯的LiAIO_2 是电子绝缘体，所以考虑用A1部分替代LiCoO_2 中的Co元素，可以调节电压值，还有利于提高质量比容量。从那时起，理论计算预测锂离子电池正极材料的性能越来越重要