[01573480]应用计算材料学方法研究设计锂离子电池电极材料

锂离子电池是综合性能最好的化学储能体系，近年来一直是电源技术发展的重点。进入二十一世纪，由于化石能源的日渐枯竭以及环境污染日益严重，人们对锂离子电池的发展提出了更高的要求。 该项目应用计算材料学方法来研究和设计锂离子电池电极材料，属计算凝聚态物理、材料物理与化学、电化学储能等领域的交叉学科。具体内容包括：储锂材料的结构与稳定性、锂离子的迁移动力学、电极材料表面物理等问题，探索这些问题对电极材料和电池性能的影响，进而设计改性锂离子电池电极材料。该课题组近几年来在这些领域进行的研究工作包括如下几个方面：研究了Li<,4>Ti<,5>O<,12>材料的“构效关系”及基本物理化学性能。包括嵌Li容量、脱/嵌Li过程结构变化、电子结构、锂离子输运动力学等。研究了电极材料中过渡金属离子的局域电子态及其对材料性能的影响。包括LiMn<,2>O<,4>、LiMnPO<,4>正极材料的结构、电子结构、极化子迁移与导电性、离子输运与晶格体积“构效关系”等。研究了O<,2>分子在石墨烯表面上的解离问题，揭示了锂-空气电池中石墨烯（完美与N掺杂）对O<,2>分子解离的催化机理。并对作为电池电极材料的硅烯、锗烯等材料进行了拓展研究。 该项目研究成果进一步认识了原子尺度下电极材料基本物理化学性质如何决定锂离子电池材料的电化学性能，为材料设计和改性给出了理论指导，并相应的提出了一些具有可操作性的改性方案。对过渡金属氧化物的局域电子态的研究，推动了GGA+U方法在锂离子电池电极材料设计和性质预测上的进展。 该项得到了2项国家自然科学基金和其他省部级项目的资助，发表SCI收录论文29篇，被SCI累计他引525次，其中5篇代表作被SCI他引168次。该项目的研究，为计算材料学在江西省的建立和发展起了极大的推动作用。