聚阴离子正极材料和铝钐金属玻璃体系的计算研究
发布时间：2024-03-17 17:25
各种技术的进步离不开相应材料的支持,而传统的材料研发过程需要耗费大量人力和物力以及时间成本来制备和分析样品。随着计算机硬件水平的提升,利用计算机来模拟材料微观结构中原子核和电子的运动规律,从而预测出材料的结构与性质,已经变得越来越方便。本论文中,我们选择了磷酸铁锂和硅酸铁锂这两种锂离子电池正极材料以及铝钐金属玻璃体系,通过计算模拟,研究了它们的微观结构、电化学性质以及相变过程,在一定程度上为实验和理论研究提供了参考。在第一章中,我们简单介绍了一些量子化学的基本概念和计算方法,以及晶体结构的搜索方法。在第二章中,我们介绍了锂电池相关的背景知识以及各种正极材料的研究现状。在第三章中,我们详细介绍了一种基于磷酸铁锂晶体中的Fe-P网架的结构搜索方案,并得到了大量的磷酸铁锂低能晶体结构,从而为构建一个全面的晶体结构大数据库提供了有力支持,而这个结构搜索方案还可以扩展到其它类似体系的晶体结构探索研究中。在第四章中,我们通过Fe-P网架的形状对搜索到的大量磷酸铁锂晶体结构进行了分类,计算了不同类型结构在不同锂组分下的能量、体积、电压和电荷变化,分析了不同Fe-P网架对其电化学性质的影响。在第五章中...
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 理论计算方法介绍
1.1 基本概念
1.1.1 概述
1.1.2 绝热近似
1.1.3 电子结构
1.1.4 势能面
1.2 计算方法
1.2.1 概述
1.2.2 密度泛函理论
1.2.3 经验方法
1.3 晶体结构搜索
1.3.1 概述
1.3.2 遗传算法
1.3.3 自适应遗传算法
1.3.4 原子网络方法
1.4 使用的软件
1.4.1 LAMMPS
1.4.2 VASP
1.4.3 POTFIT
参考文献
第二章 锂电池相关的背景知识
2.1 引言
2.1.1 储能技术
2.1.2 各种类型电池简介
2.2 锂离子电池
2.2.1 发展历程
2.2.2 工作原理
2.2.3 正极材料
2.2.4 负极材料
2.2.5 电解质
2.3 聚阴离子型正极材料研究进展
2.3.1 磷酸盐
2.3.2 硅酸盐
2.3.3 硫酸盐
参考文献
第三章 基于Fe-P网架的LiFePO4低能结构搜索
3.1 引言
3.1.1 材料信息大数据
3.1.2 LiFePO4材料现有数据
3.1.3 Fe-Si网架与Fe-P网架
3.2 计算方法与细节
3.2.1 现有数据库中的Fe-P网架
3.2.2 Fe-P网架的生成
3.2.3 O原子的添加
3.2.4 Li原子的添加
3.3 结果分析与讨论
3.3.1 结果与MP数据库的对比
3.3.2 键长分析
3.3.3 低能区势能面
3.3.4 新结构的动力学稳定性
3.3.5 能量规则
3.4 本章小结
3.5 附录
3.5.1 Fe-P网架的描述
3.5.2 Fe-P网架的产生
3.5.3 添加O原子和Li原子
3.5.4 后续的结构处理过程
3.5.5 EAM势的参数
参考文献
第四章 LiFePO4正极材料晶体中的Fe-P网架分析
4.1 引言
4.2 不同种类的Fe-P网架
4.2.1 Fe-P网架的基本构型单元和形状
4.2.2 Fe-P网架的分布
4.3 不同Fe-P网架的电化学性质
4.3.1 充放电过程中不同Li组分下的相对能量
4.3.2 电压分析
4.3.3 体积和Fe-P网架变化
4.3.4 电荷变化
4.4 本章小结
4.5 附录
4.5.1 Fe-P网架种类的判定
4.5.2 相对形成能的计算
4.5.3 电压和电荷计算
参考文献
第五章 LixFeSiO4(x=1)体系相变的第一性原理研究
5.1 引言
5.2 Fe-Si网架
5.3 研究方法
5.3.1 第一类方法:生成脱Li相
5.3.2 第二类方法:生成替换相
5.4 结果与讨论
5.4.1 Li-Fe交换相变
5.4.2 陷阱结构相变
5.5 本章小结
5.6 附录
5.6.1 NEB相变势垒结构
5.6.2 Pmnb-cycled相分析
参考文献
第六章 Al-Sm体系中的Sm原子网架分析
6.1 引言
6.2 研究方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 Sm-Sm原子径向分布
6.3.2 Sm-Sm配位数的分布
6.3.3 Sm-Sm多面体的角度分布
6.4 本章小结
6.5 附录
参考文献
第七章 总结
致谢
在读期间发表的学术论文
本文编号：3931378
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 理论计算方法介绍
1.1 基本概念
1.1.1 概述
1.1.2 绝热近似
1.1.3 电子结构
1.1.4 势能面
1.2 计算方法
1.2.1 概述
1.2.2 密度泛函理论
1.2.3 经验方法
1.3 晶体结构搜索
1.3.1 概述
1.3.2 遗传算法
1.3.3 自适应遗传算法
1.3.4 原子网络方法
1.4 使用的软件
1.4.1 LAMMPS
1.4.2 VASP
1.4.3 POTFIT
参考文献
第二章 锂电池相关的背景知识
2.1 引言
2.1.1 储能技术
2.1.2 各种类型电池简介
2.2 锂离子电池
2.2.1 发展历程
2.2.2 工作原理
2.2.3 正极材料
2.2.4 负极材料
2.2.5 电解质
2.3 聚阴离子型正极材料研究进展
2.3.1 磷酸盐
2.3.2 硅酸盐
2.3.3 硫酸盐
参考文献
第三章 基于Fe-P网架的LiFePO4低能结构搜索
3.1 引言
3.1.1 材料信息大数据
3.1.2 LiFePO4材料现有数据
3.1.3 Fe-Si网架与Fe-P网架
3.2 计算方法与细节
3.2.1 现有数据库中的Fe-P网架
3.2.2 Fe-P网架的生成
3.2.3 O原子的添加
3.2.4 Li原子的添加
3.3 结果分析与讨论
3.3.1 结果与MP数据库的对比
3.3.2 键长分析
3.3.3 低能区势能面
3.3.4 新结构的动力学稳定性
3.3.5 能量规则
3.4 本章小结
3.5 附录
3.5.1 Fe-P网架的描述
3.5.2 Fe-P网架的产生
3.5.3 添加O原子和Li原子
3.5.4 后续的结构处理过程
3.5.5 EAM势的参数
参考文献
第四章 LiFePO4正极材料晶体中的Fe-P网架分析
4.1 引言
4.2 不同种类的Fe-P网架
4.2.1 Fe-P网架的基本构型单元和形状
4.2.2 Fe-P网架的分布
4.3 不同Fe-P网架的电化学性质
4.3.1 充放电过程中不同Li组分下的相对能量
4.3.2 电压分析
4.3.3 体积和Fe-P网架变化
4.3.4 电荷变化
4.4 本章小结
4.5 附录
4.5.1 Fe-P网架种类的判定
4.5.2 相对形成能的计算
4.5.3 电压和电荷计算
参考文献
第五章 LixFeSiO4(x=1)体系相变的第一性原理研究
5.1 引言
5.2 Fe-Si网架
5.3 研究方法
5.3.1 第一类方法:生成脱Li相
5.3.2 第二类方法:生成替换相
5.4 结果与讨论
5.4.1 Li-Fe交换相变
5.4.2 陷阱结构相变
5.5 本章小结
5.6 附录
5.6.1 NEB相变势垒结构
5.6.2 Pmnb-cycled相分析
参考文献
第六章 Al-Sm体系中的Sm原子网架分析
6.1 引言
6.2 研究方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 Sm-Sm原子径向分布
6.3.2 Sm-Sm配位数的分布
6.3.3 Sm-Sm多面体的角度分布
6.4 本章小结
6.5 附录
参考文献
第七章 总结
致谢
在读期间发表的学术论文
本文编号：3931378
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