Al掺杂的尖晶石型LiMn204的结构和电子性质

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高潭华, 刘慧英, 张鹏, 吴顺情, 杨勇, 朱梓忠. 2012: Al掺杂的尖晶石型LiMn204的结构和电子性质, 物理学报, 61(18): 467-475.
引用本文: 高潭华, 刘慧英, 张鹏, 吴顺情, 杨勇, 朱梓忠. 2012: Al掺杂的尖晶石型LiMn204的结构和电子性质, 物理学报, 61(18): 467-475.
2012: Structural and electronic properties of Al-doped spinel LiMn2 O4, Acta Physica Sinica, 61(18): 467-475.
Citation: 2012: Structural and electronic properties of Al-doped spinel LiMn2 O4, Acta Physica Sinica, 61(18): 467-475.

Al掺杂的尖晶石型LiMn204的结构和电子性质

Structural and electronic properties of Al-doped spinel LiMn2 O4

  • 摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)和GGA+U方法下对尖晶石型LiMn20。及其Al掺杂的尖晶石型LiAl0.125Mn1.875O4晶体的结构和电子性质进行了计算.结果表明:采用GGA方法得到尖晶石型LiMn204是立方晶系结构,其中的Mn离子为+3.5价,无法解释它的Jahn.Teller畸变.给出的LiMn204能带结构特征也与实验结果不符.而采用GGA+U方法得到在低温下的LiMn204和其掺杂体系LiAl0.125Mnl-87504的晶体都是正交结构,与实验一致.也能明确地确定Mn的两种价态Mn3+/Mn4+的分布并且能够说明Mna+06的z方向有明显的Jahn—Teller畸变,而Mn4+06则没有畸变.LiMn204的能带结构与实验比较也能够符合.采用GGA+U方法对Al掺杂体系的LiAl0.125Mnl.87504的研究表明,用Al替换一个Mn不会明显地改变晶体的电子性质,但可以有效地消除A13+06八面体的Jahn—Teller畸变,从而改善正极材料LiMn204的性能,这与电化学实验的观察结果相一致.
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出版历程
  • 刊出日期:  2012-09-30

Al掺杂的尖晶石型LiMn204的结构和电子性质

  • 武夷学院电子工程系,武夷山,354300
  • 集美大学理学院,厦门,361021
  • 厦门大学物理系,厦门,361005
  • 厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室,厦门,361005
  • 厦门大学物理系,厦门361005 福建省理论与计算化学重点实验室,厦门大学,厦门361005

摘要: 采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似(GGA)和GGA+U方法下对尖晶石型LiMn20。及其Al掺杂的尖晶石型LiAl0.125Mn1.875O4晶体的结构和电子性质进行了计算.结果表明:采用GGA方法得到尖晶石型LiMn204是立方晶系结构,其中的Mn离子为+3.5价,无法解释它的Jahn.Teller畸变.给出的LiMn204能带结构特征也与实验结果不符.而采用GGA+U方法得到在低温下的LiMn204和其掺杂体系LiAl0.125Mnl-87504的晶体都是正交结构,与实验一致.也能明确地确定Mn的两种价态Mn3+/Mn4+的分布并且能够说明Mna+06的z方向有明显的Jahn—Teller畸变,而Mn4+06则没有畸变.LiMn204的能带结构与实验比较也能够符合.采用GGA+U方法对Al掺杂体系的LiAl0.125Mnl.87504的研究表明,用Al替换一个Mn不会明显地改变晶体的电子性质,但可以有效地消除A13+06八面体的Jahn—Teller畸变,从而改善正极材料LiMn204的性能,这与电化学实验的观察结果相一致.

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