含空位和杂质缺陷的LiFePO4电子结构的第一性原理计算

来源：化学通报杂志2016年第5期北京时间：

作者：徐程浩,王莉,何向明,尚玉明

摘要：采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了含空位和杂质缺陷的LiFePO4电子结构，通过能带、态密度、布居分布分析，阐明缺陷及阴离子掺杂对材料电化学性能的影响，为LiFePO4的结构设计和实验研究提供理论基础。结果表明，Li、Fe和O空位型缺陷对LiFePO4的带型变化影响较小，禁带中无新的导带，禁带宽度有一定程度下降，有利于电子的传导，但总能量上升，造成结构的不稳定性，在实际高温制备过程中，可能产生少量杂相，影响LiFePO4正极材料的电化学性能；P空位缺陷对LiFePO4的带型影响同样较小，但在禁带中产生了两条新的导带，禁带宽度明显下降，有利于电子的传导，虽然总能量上升，造成结构的不稳定性，但在实际高温制备过程中，可能产生微量有利于电化学性能的杂相；F掺杂LiFePO4的带型出现了明显的变化，半导体类型由p型转变为n型半导体，极大地促进了电子的导电性，总能量下降，结构稳定，对LiFePO4正极材料的电化学性能有正面的影响。

关键词：LiFePO4,分子模拟,电化学,纳米材料,空位缺陷,能带结构,态密度,布居分布,

基金资助：国家重点基础研究发展计划(2011CB935902,2013CB934000)；科技部国际科技合作项目(2014DFG71590)。