聚阴离子型锂离子电池的制备与第一性原理计算

　　本书以聚阴离子型锂离子电池的制备为主线，介绍了常见的聚阴离子型锂离子电池的结构、设计、电极和电解液构成，以及全电池的表征，着重介绍了相关的第一性原理计算在聚阴离子型锂离子电池电极设计中的应用。本书适合从事锂离子电池开发的技术人员参考。

　　常龙娇，1985年4月生，工学博士，副教授，硕士生导师。入选国家科技专家库专家（2021年）、学位中心学位论文评审专家（2022年）等。主要研究领域：能源转换与存储材料（锂/钠/离子电池正负极材料、碳基材料），冶金行业大宗固体废弃物综合利用。目前已主持国家自然科学基金1项、辽宁省自然科学基金项目1项、辽宁省教育厅项目1项、东北大学电介质与电解质功能材料重点实验室开放课题1项，作为主要参与人参与973项目1项、国家自然科学基金项目3项、获河北省科技进步奖1项。

第1章聚阴离子型锂离子电池概述11.1引言11.2锂离子电池概述21.2.1锂离子电池的发展趋势21.2.2锂离子电池的构成31.2.3锂离子电池的工作原理41.2.4锂离子电池正极材料的分类61.3聚阴离子型正极材料81.3.1磷酸盐化合物81.3.2硅酸盐化合物211.3.3氟化磷酸盐化合物261.3.4硼酸盐化合物271.4第一性原理271.4.1第一性原理概述271.4.2第一性原理在锂离子电池中的应用28第2章第一性原理计算292.1第一性原理的理论基础292.1.1多粒子体系的哈密顿量292.1.2波恩-奥本海默（Born-Oppenheimer）近似302.1.3哈特里-福克（Hartree-Fock）近似322.1.4密度泛函理论342.1.5交换关联泛函362.2充放电模型372.3计算实际操作382.3.1VASP软件简介382.3.2计算细节与方法39第3章聚阴离子型Li2Fe1-xMnxSiO4正极材料第一性原理计算413.1引言413.2Li2FeSiO4的第一性原理研究423.2.1Li2FeSiO4材料的晶体结构分析423.2.2Li2FeSiO4的电子结构473.2.3Li2FeSiO4的布居483.3过渡金属Fe位掺杂Li2FeSiO4的第一性原理研究513.3.1Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系模型的构建513.3.2Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系的结构稳定性533.3.3Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系的能带573.3.4Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系的态密度583.3.5Li2Fe1-xMnxSiO4掺杂体系的电荷密度64第4章聚阴离子型锂离子电池材料的表征664.1聚阴离子型化合物的表征664.1.1X射线衍射664.1.2扫描电子显微镜664.1.3傅里叶变换红外光谱674.1.4热分析684.1.5透射电子显微镜694.1.6原子力显微镜694.1.7Rietveld晶体结构解析和精修704.2电极材料的表征724.2.1电极制备及扣式电池组装724.2.2充放电测试734.2.3循环伏安测试744.2.4电化学阻抗谱测试74第5章两段焙烧法制备聚阴离子型Li2MnSiO4/C正极材料755.1引言755.2Li2MnSiO4/C正极材料的两段焙烧法的合成755.2.1前驱体的制备755.2.2正极极片制备765.3正极材料性能分析765.3.1前驱体的热重分析765.3.2焙烧温度对Li2MnSiO4/C材料的影响775.3.3焙烧时间对Li2MnSiO4/C材料的影响805.3.4碳包覆量对Li2MnSiO4/C材料的影响835.3.5最佳条件下制备的Li2MnSiO4/C材料性能875.4小结91第6章水热法合成碳复合聚阴离子型LiMnPO4正极材料926.1LiMnPO4正极材料概述及研究现状926.2沉淀法制备Li3PO4的工艺与材料特性936.2.1沉淀法制备Li3PO4的正交实验936.2.2H3PO4浓度对Li3PO4形貌及晶粒大小的影响956.2.3酸入碱速度对Li3PO4形貌及晶粒大小的影响986.2.4LiOH浓度对Li3PO4形貌及晶粒大小的影响1006.2.5反应温度对Li3PO4形貌及晶粒大小的影响1016.2.6沉淀法制备空心球形Li3PO4的热分析和物相化分析1056.3水热法合成碳复合LiMnPO4的工艺、结构与电化学性能1076.3.1水热法制备LiMnPO4/C的正交实验1076.3.2反应时间对LiMnPO4/C的结构及性能的影响1106.3.3反应物浓度对LiMnPO4/C的结构与性能的影响1136.3.4醇水体积比对LiMnPO4/C的结构与性能的影响1176.3.5反应温度对LiMnPO4/C的结构与性能的影响1206.3.6高电压正极材料LiMnPO4/C的物相及性能研究1246.4小结128第7章离子液体热合成法合成聚阴离子型LiFePO4正极材料1297.1引言1297.2尿素/四甲基氯化铵体系中LiFePO4的合成1307.2.1尿素/四甲基氯化铵体系中LiFePO4的物化表征1327.2.2尿素/四甲基氯化铵体系中LiFePO4的电化学性能表征1347.3季戊四醇/氯化胆碱体系中LiFePO4的合成1377.3.1季戊四醇/氯化胆碱体系中LiFePO4的物化表征1397.3.2季戊四醇/氯化胆碱体系中LiFePO4的电化学性能表征1417.4小结143参考文献145