应用计算材料科学方法研究锂离子电池电极材料中的几个物理问题

发展电动汽车是未来几十年内不可避免的趋势，而锂离子电池是目前汽车用动力电池的首选电源。现有对锂离子电池的研究工作主要侧重于对电极材料和电池体系的应用研究，而对电极材料以及电池体系中存在的一些基本物理问题的研究还相当匮乏。计算材料科学在锂离子电池电极材料的设计上具有十分重要的指导作用。本课题拟应用计算材料科学中的各种方法，研究锂离子电池电极材料以及电极过程动力学中存在的几个物理问题。通过对这些物理问题的深度理解，将在锂离子电池电极材料的改进上具有重要意义。研究内容主要包括三方面：1）电极材料的深度脱/嵌锂的嵌入物理问题，2）电极材料表面物理问题以及电极/电解液界面和电极内部两相共存区的界面物理问题，3）电极中载流子输运。通过分析这三个典型的物理问题，将有助于预测电极材料的性能，解释电极材料性能失效的机理，为实验研究提供理论支持，对材料设计进行指导等。

锂离子电池是未来电动汽车的首选电源，而电池性能与电极材料的发展关系紧密。现有对锂离子电池的研究工作主要侧重于对电极材料和电池体系的应用研究，而对电极材料以及电池体系中存在的一些基本物理问题的研究还相当匮乏。本项目主要研究内容为锂离子电池电极材料相关的基本物理问题，主要围绕三个问题展开研究：1）电极材料的深度脱/嵌锂的嵌入物理问题，2）电极材料表面物理问题以及电极/电解液界面和电极内部两相共存区的界面物理问题，3）电极中载流子输运。取得的研究成果包括：总共发表期刊论文20篇，其中国际期刊发表16篇，被SCI收录18篇，国内期刊发表4篇。其中包括2篇综述性论文。这些研究成果，对锂离子电池材料创新和设计具有重要的指导意义。