镍镁掺杂LiFePO4的电子结构

张冬云 ，张培新，宋申华，惠文彬，黄 磊，任祥忠

(1. 深圳大学 化学与化工学院，深圳 518060；2. 哈尔滨工业大学深圳研究生院 材料科学与工程学院，深圳 518055)

自 1997年 PADHI等[1]首次报道橄榄石结构的LiFePO4可用作锂离子电池正极材料以来，因其具有较高的理论容量、优良的循环性能、良好的热稳定性、资源丰富、价格低廉、环境友好，因而被认为是下一代锂离子电池，特别是锂离子动力电池和储能电池的首选正极材料，但较低的电子及离子传导率阻碍了该材料的实际应用。

CHUNG等[2]研究发现，采用金属阳离子(Mg、Zr、Al、Nb等)掺杂合成具有阳离子缺陷的 LiFePO4，提高了电子的导电率，其电化学性能也得到明显改善。NAKAMURA 等[3−4]、ZHOU 等[5−6]、MORGAN 等[7]、WANG等[8]、倪江锋等[9−10]也发现离子掺杂后材料的电子电导和电性能有很大的提高。但是对于离子掺杂提高材料电化学性能的原因却一直存在各种争议，针对离子掺杂对材料电化学性能的影响机理缺乏深入系统的研究，更没有公认的方法与理论，离子掺杂理论仍然处于探索阶段[8−13]。

CEDER 等[5−7,14−16]于 1998 年首次采用第一性原理计算来指导锂离子电池正极材料的合成，讨论了LiAlyM1−yO2(M=Co, Mn)体系，对解决锂离子电池在实际应用中遇到的安全性、电子电导率等问题，具有重要的指导意义。顾惠敏等[17−18]采用基于密度泛函理论的第一原理，研究了LiMn2O4和LiNiO2及掺杂化合物的结构与稳定性。OUYANG 等[19−20]通过第一性原理计算研究了锂离子在LiFePO4中的扩散机理，解释了LiFePO4材料在Li位进行Cr掺杂的电子电导率得到大幅度提高而其电化学性能却没有明显改善的原因。……