TiO2(B)材料电子结构及其锂输运机理研究.pdf

TiOz(B)材料电子结构及其锂输运机理研究 摘要 Ti02(B)材料因具有高倍率和高比容量性能，作为电池负极材料具有巨大潜力， 近年来引起广大研究者们的高度关注。掺杂可以从本质上提高材料的电化学性能， 大多掺杂工作主要聚焦于掺杂后材料性能的评价，在掺杂体系中储Li机理的研究鲜 有报道。本文采用基于第一性原理计算的方法，研究了纯体相及杂原子掺杂Ti02(B) 材料的电子结构及其Li的输运过程，并进行了系统地分析和比对。研究结果发现， Ti02(B)中的四配位O原子具有最小的带隙结构，这类。原子在实际反应中最容易 缺失并留下相应的氧空位。本论文通过引入一系列P型(N，P和As)，n型(F， Cl和Br)和等电子(S，Se和Te)杂原子取代氧空位来达到掺杂改性的目的。首先 对于n型的掺杂剂来说，F原子取代氧空位对其电子结构没有显着影响，且最容易 在体相中形成，表明这类掺杂剂可以提供高度的内在稳定性。然后在P型掺杂剂中， 由于N掺杂发生自补偿效应，且在“嵌入Ti02(B)材料的过程中，平均嵌入电压 大于其他掺杂剂类型，被认为是另一个具有竞争力的掺杂剂。而对于等电子掺杂类 型来说，S掺杂不会引入杂质能级且未明显提高其嵌入电压限制了应用的可能性。 最后我们评价了F／N掺杂对体相内Li扩散的影响，通过C1一NEB方法分析了Ti02(B) 中的三种潜在的“扩散路径。N掺杂并未对所有扩散路径有利，而经F掺杂后的 “扩散能垒均低于纯Ti02(B)材料，其中在沿着[010]方向的b轴通道中扩散能垒 最低(0．32eV)，该研究可作为未来Ti02(B)体相研究及其Li输运性质的参考。 关键词：第一性原理；Ti02(B)；氧缺陷；非金属掺杂；电子结构；平均嵌入电压； 扩散能垒 ontheElectronicStructureof the Study Ti02(B)and MechanismofLithium Transport Abstract attractedbroadresearchattentioninrecent duetoits and Ti02(B)has years highpowercapacity as anode can theelectrochemicalof battery performance materials．Dopingimprove properties materialsinessence．Mostworkfocusesorltheevaluationofmaterial after doping propertiesdoping， in andthe ofLimechanismrare exploration systems．Inpresentarticle，the doping first-principles calculationsare torevealtheelectronic and inbulk performed propertylithium(Li)transportprocess andwithoutatom resultsshowthatthe4一foldcoordinatedOatomhaslower Ti02(B)with doping．The the band suchO