| 刘波,廖丕广,喻小香,高天宇,刘思彤,郭海鹏,邵志杰.F掺杂Li2OHX（X=Cl,Br）固态电解质的界面稳定性和离子输运的第一性原理计算研究[J].井冈山大学自然版,2023,44(6):14-21 |
| F掺杂Li2OHX（X=Cl,Br）固态电解质的界面稳定性和离子输运的第一性原理计算研究 |
| FIRST-PRINCIPLES COMPUTATIONAL STUDY OF INTERFACIAL STABILITY AND ION TRANSPORT IN F-DOPED LI2OHX（X=CL, BR） SOLID-STATE ELECTROLYTES |
| 投稿时间：2023-02-17 修订日期：2023-04-20 |
| DOI：10.3969/j.issn.1674-8085.2023.06.003 |
| 中文关键词: 第一性原理计算 电子结构 离子输运 界面稳定性 固态电解质 |
| 英文关键词: first-principles calculations electronic structure ion transport interfacial stability solid-state electrolyte |
| 基金项目:国家自然科学基金项目(12004145);江西省自然科学基金项目(20212BAB214032);江西省大学生创新创业训练项目(202210419004) |
| 作者 | 单位 | | 刘波 | 井冈山大学数理学院, 江西, 吉安 343009
上海大学材料基因组工程研究院, 上海 200444 | | 廖丕广 | 井冈山大学数理学院, 江西, 吉安 343009 | | 喻小香 | 江西冶金职业技术学院, 江西, 新余 338015 | | 高天宇 | 井冈山大学数理学院, 江西, 吉安 343009 | | 刘思彤 | 井冈山大学数理学院, 江西, 吉安 343009 | | 郭海鹏 | 井冈山大学数理学院, 江西, 吉安 343009 | | 邵志杰 | 井冈山大学数理学院, 江西, 吉安 343009 |
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| 中文摘要: |
| 全固态结构的关键因素是固态电解质材料,它应具有良好的相稳定性和电化学稳定性,以及在室温下的高锂离子电导率。本研究采用第一原理计算,对F掺杂的Li2OHX(X=Cl,Br)固态材料的相稳定性、电化学稳定性、化学稳定性和电子/离子传输特性进行了系统的研究。计算结果表明,F掺杂的Li2OHX(X=Cl,Br)在0 K时是热力学亚稳态且宽带隙的电子绝缘体,可以通过实验合成。与一些硫化物和氧化物基固体电解质相比,该材料表现出更宽的电化学稳定性窗口(0.80-3.15 V)。此外,当与典型的正极材料(LiCoO2,LiMn2O4,LiFePO4)接触时,F掺杂的Li2OHX(X=Cl,Br)显示出良好的化学稳定性。对于离子输运性质,用F-替代部分OH-被证明能有效地降低Li2OHX(X=Cl,Br)的锂离子迁移势垒。这些发现为进一步设计高性能固态电解质提供了一个理论指导。 |
| 英文摘要: |
| The key enabler for an all-solid-state architecture is a solid-state electrolyte that exhibits excellent phase and electrochemical stability,as well as high Li+conductivity at ambient temperatures.In this work,we performed first-principles computational studies on the phase stability,electrochemical stability,chemical stability and electronic/ionic transport properties of F-doped Li2OHX (X=Cl,Br) materials.The calculation results show tha the F-doped Li2OHX (X=Cl,Br) are thermodynamically metastable and wide bandgap electronic insulators at 0 K and can be synthesized experimentally.The materials exhibit wider intrinsic electrochemical stability window(0.80-3.15 V) compared with sulfides-and oxides-based solid electrolyte.Moreover,the F-doped Li2OHX (X=Cl Br) displays significant chemical stability when in contact with typical cathode materials (LiCoO2,Li Mn2O4Li FePO4).For the ionic-transport property,the replacement of part of OH-by F-is shown to be effective in decreasing migration barriers in Li2OHX(X=Cl,Br).These findings provide a theoretical guidance for further designing high-performance solid-state electrolyte. |
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