Ni、Co、Al掺杂尖晶石LiMn2O4的第一性原理计算

作者：李旭; 王建川^*; 杜勇

来源：粉末冶金材料科学与工程, 2021, 26(05): 387-395.

• 正极材料
• LiMn2O4
• 掺杂
• 磁性结构
• 扩散

针对分别掺杂Ni、Co、Al的尖晶石LiMn2O4,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,分析反铁磁层和铁磁层沿[001]方向交替排列的磁性构型的合理性。结果表明,此磁结构下表现出Mn3+/Mn4+沿[001]方向交替排列的价态分布。Ni、Co、Al三种掺杂原子都倾向于替换Mn3+层上的Mn,占据16d位后价态表现为Ni2+、Co3+和Al3+。Al与Ni掺杂均能抑制掺杂点位的Jahn-Teller畸变,且Ni掺杂后其最近邻的Mn3+被氧化为Mn4+,使结构更稳定,而Co掺杂可能导致更严重的Jahn-Teller畸变。Al3+和Co3+可显著降低Li离子的两条路径扩散能垒,Ni2+在Mn4+的协同作用下可进一步降低低能垒路径的能垒。

• 单位
  中南大学; 粉末冶金国家重点实验室