Ge-S/F共掺杂对Li₂MSiO₄（M=Mn,Fe）晶体结构和性能影响的理论研究

作者：郭厦蕾; 侯育花; 郑寿红; 黄有林; 陶小马

来源：Acta Physica Sinica, 2022, 71(17): 388-398.

• 第一性原理计算
• Li2MSiO4 （M=Mn
• Fe）
• 位置交换
• 电化学性能

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法,结合广义梯度近似（GGA+U）,系统研究了Ge-S/F共掺杂对Li2MSiO4 （M=Mn,Fe）晶体结构稳定性和电化学性能的影响.计算结果表明Ge-S/F共掺杂Li2MSiO4 （M=Mn,Fe）体系在脱锂过程中均会发生Li和M的位置交换,与Li2MSiO4（M=Mn,Fe）相比,掺杂体系具有更好的韧性,且锂离子在掺杂体系中更容易迁移.同时发生了位置交换的掺杂体系结构在脱锂过程中大多更为稳定,尤其是Li2Mn0.5Ge0.5SiO3.5S0.5在整个脱锂过程中体积变化均很小,说明其具有良好的结构循环稳定性.此外,Ge-S/F共掺杂均降低了Li2MSiO4 （M=Mn,Fe）的理论平均脱嵌电压.结合态密度图和磁矩结果分析表明,Ge-S/F共掺杂可以提高Li2MnSiO4的导电性和延缓Li2MnSiO4体系中Jahn-Teller效应的出现,有利于提高Li2MnSiO4的结构循环稳定性.同时,共掺杂不仅提高了Li2FeSiO4的导电性,也有利于Li2FeSiO4体系脱出更多的Li+,特别是Ge-F共掺杂体系有望实现完全脱锂.

• 单位
  南昌航空大学