阴离子硫氧化还原与Li1-xNiO2-ySy的结构稳定性:第一性原理研究

鄢慧君 李彪 蒋宁 夏定国

引用本文: 鄢慧君,  李彪,  蒋宁,  夏定国. 阴离子硫氧化还原与Li1-xNiO2-ySy的结构稳定性:第一性原理研究[J]. 物理化学学报, 2017, 33(9): 1781-1788. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705041 shu
Citation:  YAN Hui-Jun,  LI Biao,  JIANG Ning,  XIA Ding-Guo. First-Principles Study:the Structural Stability and Sulfur Anion Redox of Li1-xNiO2-ySy[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(9): 1781-1788. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705041 shu

阴离子硫氧化还原与Li1-xNiO2-ySy的结构稳定性:第一性原理研究

  • 基金项目:

    国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项(2016YFB0100200)和国家自然科学基金(51671004)资助项目

摘要: 高镍层状氧化物是电动汽车高能量密度锂离子电池正极材料的首选。本文通过第一性原理计算模拟了Li1-xNiO2-ySy材料的脱锂过程。通过GGA+U计算分析了体系费米能级处的电子结构,充电过程中的氧化还原机制和热稳定性。在Li1-xNiO2-ySy脱锂过程中,首次发现硫参与电荷补偿,抑制过渡金属的迁移,降低晶格扭曲幅度和提高体系中氧的稳定性。这种基于硫阴离子氧化还原对锂离子电池阴极材料电化学行为的调制有助于设计高稳定性的高镍正极材料。

English

    1. [1]

      (1) Liu, W.; Oh, P.; Liu, X.; Lee, M. J.; Cho, W.; Chae, S.; Kim, Y.; Cho, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4440. doi: 10.1002/anie.201409262

    2. [2]

      (2) Kim, D.; Lim, J. M.; Lim, Y. G.; Yu, J. S.; Park, M. S.; Cho, M.; Cho, K. Chem. Mater. 2015, 27, 6450. doi: 10.1021/acs.chemmater.5b02697

    3. [3]

      (3) Wu, L.; Nam, K. W.; Wang, X.; Zhou, Y.; Zheng, J. C.; Yang, X. Q.; Zhu, Y. Chem. Mater. 2011, 23, 3953. doi: 10.1021/cm201452q

    4. [4]

      (4) Nam, K. W.; Bak, S. M.; Hu, E.; Yu, X.; Zhou, Y.; Wang, X.; Wu, L.; Zhu, Y.; Chung, K. Y.; Yang, X. Q. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1047. doi: 10.1002/adfm.201200693

    5. [5]

      (5) Yang, Z. G.; Hua, W. B.; Zhang, J.; Chen, J. H.; He, F. R.; Zong, B.H.; Guo, X. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32 (5), 1056. [杨祖光, 滑纬博, 张军, 陈九华, 何凤荣, 钟本和, 郭孝东. 物理化学学报, 2016, 32 (5), 1056.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201603092

    6. [6]

      (6) Huang, Y. Y.; Zhou, H. H.; Chen, J. T.; Gao, D. S.; Su, G. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2005, 21 (7), 725. [黄友元, 周恒辉, 陈继涛, 高德淑, 苏光耀. 物理化学学报, 2005, 21 (7), 725.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20050706

    7. [7]

      (7) Hou, X. Q.; Jiang, W. J.; Qi, L.; Han, L. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2007, 23 (Supp), 40. [侯宪全, 江卫军, 其鲁, 韩立娟. 物理化学学报, 2007, 23 (Supp), 40.] doi: 10.3866/PKU.WHXB2007Supp10

    8. [8]

      (8) Tatsumi, K.; Sasano, Y.; Muto, S.; Yoshida, T.; Sasaki, T.; Horibuchi, K.; Takeuchi, Y.; Ukyo, Y. Phys. Rev. B 2008, 78, 045108. doi: 10.1103/PhysRevB.78.045108

    9. [9]

      (9) Woo, S. U.; Park, B. C.; Yoon, C. S.; Myung, S. T.; Prakash, J.; Sun, Y. K. J. Electrochem. Soc. 2007, 154, A649. doi: 10.1149/1.2735916

    10. [10]

      (10) Yan, H.; Li, B.; Yu, Z.; Chu, W.; Xia, D. J. Phys. Chem. C 2017, 121(13), 7155. doi: 10.1021/acs.jpcc.7b01168

    11. [11]

      (11) Yue, P.; Wang, Z.; Guo, H.; Xiong, X.; Li, X. Electrochim. Acta 2013, 92, 1. doi: 10.1016/j.electacta.2013.01.018

    12. [12]

      (12) Park, S. H.; Sun, Y. K.; Park, K. S.; Nahm, K. S.; Lee, Y. S.; Yoshio, M. Electrochim. Acta 2002, 47, 1721. doi: 10.1016/S0013-4686(02)00023-3

    13. [13]

      (13) Kong, F.; Liang, C.; Longo, R. C.; Yeon, D. H.; Zheng, Y.; Park, J.H.; Doo, S. G.; Cho, K. Chem. Mater. 2016, 28, 6942. doi: 10.1021/acs.chemmater.6b02627

    14. [14]

      (14) Li, B.; Yan, H.; Zuo, Y.; Xia, D. Chem. Mater. 2017, 29 (7), 2811. doi: 10.1021/acs.chemmater.6b04743

    15. [15]

      (15) Li, B.; Shao, R.; Yan, H.; An, L.; Zhang, B.; Wei, H.; Ma, J.; Xia, D.; Han, X. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 1306. doi: 10.1002/adfm.201670054

    16. [16]

      (16) Li, B.; Yan, H.; Ma, J.; Yu, P.; Xia, D.; Huang, W.; Chu, W.; Wu, Z. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 5112. doi: 10.1002/adfm.201400436

    17. [17]

      (17) Barker, J.; Kendrick, E. J. Power Sources 2011, 196, 6960.

    18. [18]

      (18) Lee, K. K.; Yoon, W. S.; Kim, K. B.; Lee, K. Y.; Hong, S. T. J. Power Sources 2001, 97–98, 321. doi: 10.1016/S0378-7753(01)00548-1

    19. [19]

      (19) Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169. doi: 10.1103/PhysRevB.54.11169

    20. [20]

      (20) Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758. doi: 10.1103/PhysRevB.59.1758

    21. [21]

      (21) Anisimov VI, V. I.; Zaanen, J.; Andersen, O. K. Phys. Rev. B 1991, 44, 943. doi: 10.1103/PhysRevB.44.943

    22. [22]

      (22) Zhou, F.; Cococcioni, M.; Marianetti, C. A.; Morgan, D.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2004, 70, 35. doi: 10.1103/PhysRevB.70.235121

    23. [23]

      (23) Ma, J.; Yan, H.; Li, B.; Xia, Z.; Huang, W.; An, L.; Xia, D. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 13421. doi: 10.1021/acs.jpcc.6b04338

    24. [24]

      (24) Monkhorst, H. J. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188. doi: 10.1103/PhysRevB.13.5188

    25. [25]

      (25) Chen, H.; Freeman, C. L.; Harding, J. H. Phys. Rev. B 2011, 84, 085108. doi: 10.1103/PhysRevB.84.085108

    26. [26]

      (26) Rougier, A.; Delmas, C.; Chadwick, A. V. Solid State Commun. 1995, 94, 123. doi: 10.1016/0038-1098(95)00020-8

    27. [27]

      (27) Chung, J. H.; Proffen, T.; Shamoto, S.; Ghorayeb, A. M.; Croguennec, L.; Tian, W.; Sales, B. C.; Jin, R.; Mandrus, D.; Egami, T. Phys. Rev. B 2005, 71, 064410. doi: 10.1103/PhysRevB.71.064410

    28. [28]

      (28) Marianetti, C. A.; Morgan, D.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2001, 63, 224304. doi: 10.1103/PhysRevB.63.224304

    29. [29]

      (29) Ouyang, C. Y.; Shi, S. Q.; Lei, M. S. J. Alloy. Compd. 2009, 474, 370. doi: 10.1016/j.jallcom.2008.06.123

    30. [30]

      (30) Ohzuku, T.; Ueda, A.; Nagayama, M. J. Electrochem. Soc. 1993, 140, 1862. doi: 10.1149/1.2220730

    31. [31]

      (31) Aydinol, M. K.; Kohan, A. F.; Ceder, G.; Cho, K.; Joannopoulos, J. Phys. Rev. B 1997, 56, 1354. doi: 10.1103/PhysRevB.56.1354

    32. [32]

      (32) Uchimoto, Y.; Sawada, H.; Yao, T. J. Power Sources 2001, 97–98, 326. doi: 10.1016/S0378-7753(01)00624-3

    33. [33]

      (33) Jung, S. K.; Gwon, H.; Hong, J.; Park, K. Y.; Seo, D.-H.; Kim, H.; Hyun, J.; Yang, W.; Kang, K. Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300787. doi: 10.1002/aenm.201300787

    34. [34]

      (34) Naghash, A. R.; Lee, J. Y. Electrochim. Acta 2001, 46, 2293. doi: 10.1016/S0013-4686(01)00452-2

    35. [35]

      (35) Reed, J.; Ceder, G. Chem. Rev. 2004, 104, 4513. doi: 10.1021/cr020733x

    36. [36]

      (36) Wang, L.; Maxisch, T.; Ceder, G. Chem. Mater. 2007, 19, 543. doi: 10.1021/cm0620943

    37. [37]

      (37) Qian, D.; Xu, B.; Chi, M.; Meng, Y. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 14665. doi: 10.1039/c4cp01799d

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  787
  • HTML全文浏览量:  53
文章相关
  • 发布日期:  2017-05-04
  • 收稿日期:  2017-03-30
  • 修回日期:  2017-04-20
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章