【摘 要】
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大规模储能的发展对缓解能源危机与减少环境污染意义重大,而且前景广阔。相对于锂离子电池,钠离子电池因其原材料资源丰富、价格低廉等优点,能够在大规模储能领域中得到广泛应用。正极材料是影响电池能量密度和电化学性能的关键因素,选择合适的正极材料对钠离子电池来说至关重要。橄榄石型NaFeP04因其充放电过程中具有的优异循环能力与结构稳定性,以及作为LiFeP04的类似物,近年来得到了越来越多的关注。本文采用
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大规模储能的发展对缓解能源危机与减少环境污染意义重大,而且前景广阔。相对于锂离子电池,钠离子电池因其原材料资源丰富、价格低廉等优点,能够在大规模储能领域中得到广泛应用。正极材料是影响电池能量密度和电化学性能的关键因素,选择合适的正极材料对钠离子电池来说至关重要。橄榄石型NaFeP04因其充放电过程中具有的优异循环能力与结构稳定性,以及作为LiFeP04的类似物,近年来得到了越来越多的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了橄榄石型NaFeP04及其碱金属(Li、Na)掺杂体系的相关物理和电化学性质,并与已知的实验和理论研究结果进行了对比分析。文中系统计算了橄榄石型NaFeP04及其碱金属掺杂体系Na(Li1/12 Fe11/12)P04、Na(Na1/12Fe11/12)PO4的脱钠相结构形成能、电子结构性质、充电过程结构演化以及电压平台。结果显示,橄榄石型NaFeP04可掺杂适量Li、Na,且掺杂后体系结构稳定。脱钠相结构形成能的计算模拟了NaFeP04及其掺杂体系充电过程中的相变,NaFeP04充电过程中存在Na2/3FePO4与Na5/6FeP04两个中间相,铁位锂掺杂体系存在Na1/6(Li1/12Fe1u/12)PO4、Na1/2(Li1/12Fe11/12)PO4、Na3/4(Li1/12 Fe11/12)PO4三个稳定中间相,铁位钠掺杂体 系 存 在 Na1/12(Na1/12Fe11/12)PO4、Na1/6(Na1/12Fe11/12)PO4、Na5/12(Na1/12Fe11/12)P04三个稳定中间相。此外,通过分析电子结构,发现Li、Na掺杂体系中有部分O2-发生氧化参与电荷补偿,这种O2-氧化参与电荷补偿的机制使得掺杂体系的充电电压略高于未掺杂的NaFeP04。总之,本论文的研究工作为橄榄石型NaFeP04作为钠离子电池正极材料的碱金属掺杂提供了一定的理论参考价值。
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