Fe基锂离子电池正极材料的改性技术研究

以LiFePO4 为代表的Fe基化合物作为锂离子电池正极材料具有价格低廉、安全性好、无毒、循环性好以及无环境污染等优点，有望成为新一代锂离子电池的首选正极材料。然而这类化合物是半导体材料，在室温下电导率很低，这在很大程度上限制了该材料的进一步商品化。我们针对这类正极材料开展第一性原理研究，将压力作为外场引入这类材料，用压力使体系的带隙闭合，从而达到提高材料导电性能的目的，为Fe基锂离子电池正极材料的应用提供新的改性方案。另外我们还结合实验研究该类材料掺杂的物理机制，讨论掺杂对体系电导率的影响，设计具有特殊功能的锂离子电池正极材料。

以LiFePO4为代表的Fe基锂离子电池正极材料具有价格低廉、安全性好、无毒、循环性好以及无环境污染等优点，有望成为新一代锂离子电池的首选正极材料。然而这类化合物在室温下电导率很低，这在很大程度上限制了该材料的发展。我们针对这类正极材料开展了第一性原理研究，为Fe基锂离子电池正极材料的应用提出了新的改性方案。我们首先发展了一套高压下的结构搜索方法，利用这套方法我们得到了LiFePO4的高压新相Pnma结构和Cmcm结构，研究表明它们是可逆性好的锂离子电池正极材料。在高压新相的基础上我们对LiFePO4 体系进行了的掺杂研究，结果表明掺杂原子占据Li离子的位置更有利于提高体系的导电特性。在研究的掺杂元素中，V和Cr的掺杂最有利于提高体系的导电特性。对于V和Cr两类元素，我们还讨论了不同的掺杂浓度，发现掺杂浓度对Li离子迁移势垒的影响很显著，我们得到最有利的掺杂浓度为5%。