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Structure stability, electronic property and voltage profile of LiFe_(1-n)NnP_(1-m)M_(m)O_(4) olivine cathode material

引用

Rare Metals 2021年第12期40卷 3512-3519页

作者： Zhi-Hong Cui Xue-Feng Lu Jian-Hua Luo Xin Guo Hong-Tao Xue Fu-Ling Tang State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Non-ferrous Metal Department of Materials Science and EngineeringLanzhou University of TechnologyLanzhou 730050China

First-principles computational studies under density functional theory(DFT) framework were used to investigate the structural stability, conductivity and voltage profile of LiFe_(1-n)NnP_(1-m)M_(m)O_(4)(N, M = Si or S) electrode materials. It is found that the Li FeP_(7/8)Si_(1/8)O_(4) system has the most stable structure. After doping, the band gap values of the systems decrease gradually, and LiFe_(7/8)S_(1/8)PO_(4) system has a minimum band gap of 1.553 e V, attributed to the hybridization of the Fe-d and S-p orbital electrons. The Li Fe P7/8 S1/8 O4 system demonstrates the characteristic of n-type semiconductor, and other doping systems have the feature of p-type semiconductor. Charge density difference maps show that the covalent property of Si-O bond is enhanced in the Li FeP_(7/8)Si_(1/8)O_(4) system. The average distance of Li and O atoms in the S doping systems increases from 0.21026 to 0.21486 and 0.21129 nm, respectively,indicating that doping broadens significantly the channel of Li ion de-intercalation in LiFe_(7/8)S_(1/8)PO_(4) and LiFeP_(7/8)S_(1/8)O_(4). Additionally, the results of lithium intercalation potential imply that the voltages of the doping systems fallinto the range of 2.23-2.86 V.

关键词： Energy storage materials First principles battery cathode LiFePO_(4) Doping Electronic properties

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