Ce掺杂对LiCoO2电子结构及Li+迁移影响的第一性原理研究

作     者：张旭昀 于馥瑶 王勇 谭秀娟 

作者机构：东北石油大学机械科学与工程学院 

出 版 物：《功能材料》 (Journal of Functional Materials)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：黑龙江省自然科学基金(LH2023E016) 国家自然科学基金(51974091) 

主　　题：稀土掺杂 锂离子电池 电子结构 Li 迁移 第一性原理 

摘      要：LiCoO2作为锂离子电池正极材料具有优异的体积能量密度。但其在高电压条件下的结构稳定性差,这会导致LiCoO2的性能下降。稀土元素掺杂是改良LiCoO2性能的有效手段,但掺杂改性机理目前在原子与电子尺度层面尚需进一步明确。本文采用第一性原理计算方法,研究了Ce掺杂对LiCoO2电子结构及Li+迁移性质的影响机理。结果表明,Ce掺杂显著扩大了晶胞体积,降低了晶胞内的电荷密度,减少相互作用的强度,使晶胞更加稳定。LiCoO2在Ce掺杂后由半导体特性转变为金属性,增加了载流子密度,提高了材料的导电性能。经过Ce掺杂后,Li+的迁移势垒相比未掺杂时降低了93.12%。这主要是因为Ce掺杂导致Li层厚度增加,使得锂离子更容易发生迁移,从而提升电池的功率密度和循环寿命。