嵌锂石墨电池原理

时间：2025-09-13 21:00:22 科技百科

锂离子电池负极材料石墨嵌锂行为的第一性原理研究

基于密度泛函理论,本文采用第一性原理超软赝势方法结合广义梯度近似方法研究了单层石墨和双层石墨的嵌锂行为。

一. 对锂离子电池负极材料石墨及其嵌锂结构的体相原子几何结构和电子结构进行了理论研究。给出了其结构、态密度、能带结构及生成能和平均嵌锂电压等。研究表明,双层石墨通过改变C-C层间距和C-C键长来达到最稳定的状态。电子结构分析表明,石墨及嵌锂石墨是良好的导体。随着石墨嵌锂数的增加,平均嵌入电压降低,当嵌锂状态达到Li6C36时,其平均嵌入电压接近0V,说明LiC6是石墨嵌锂的理论极限,结果和实验吻合。

二. 为了考查单层石墨作为锂离子电池负极材料的可能应用,对单层石墨的原子结构和电子结构进行了理论研究。分析了其结构、态密度、能带结构及锂离子的吸附能等。计算表明,单层石墨在锂原子的吸附高度为1.71A时,锂原子在碳六元环中心位置时的吸附能量最低;从总的态密度图中可以看出单层石墨的几种嵌锂结构都具有金属性,是良好的导体。

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