铌在铁位掺杂对LiFePO4电子结构和性能的影响

摘要：

基于第一原理方法,由广义梯度近似的密度泛函理论计算了Nb在Fe位掺杂的LiFePO4的电子结构,分析了掺杂量对晶胞参数和Fermi能级的影响.Nb掺杂后,晶胞参数a、b、c均呈现增大的趋势,在铌的掺量为0.10时体积从0.2808nm3增至0.2952nm3.体系几何结构发生的变化表明Nb掺杂有利于提高LiFePO4的导电性能.能带结构图中最低空轨道(lowest unoccupied molecular orbital,LUMO)与最高占有轨道(highest occupied molecularorbital,HOMO)之间的能隙变窄,从LiFePO4的0.75 eV降至LiFe0.90Nb010pO4的0.62eV.Nb掺杂对LUMO与HOMO之间的能隙有较大的影响,掺杂体系由Nb的4d5s轨道和Fe的3d4s轨道共同提供电子,掺杂使导电性增强.系统的态密度图中Fermi能级移入导带,Fermi能级附近的价带和导带的峰强度增强.Fermi能随着离子的掺杂量增大而加大,掺杂量的进一步增加,反而下降,LiFe0.95Nb0.05PO4结构具有最大的Fermi能3.871eV.掺杂能明显影响LiFepO4的电子结构,并提高LiFePO4的电化学性能,理论分析与实验结果相符.

关键词：磷酸铁锂、铌掺杂、电子结构、能隙、导电性能

所属期刊栏目：39

分类号：O641(物理化学（理论化学）、化学物理学)

资助基金：安徽省重大科技攻关项目09010201005;安徽省教育厅重点科研基金KJ2010A278

在线出版日期：2011-12-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共4页

页码：1080-1083