LiFePO₄锂离子电池电极材料热力学性质的第一性原理研究

宋刘斌¹，肖忠良¹，李灵均²，曾巨澜¹，周英¹

1. 长沙理工大学化学与生物工程学院,电力与交通材料保护湖南省重点实验室2. 长沙理工大学物理与电子科学学院

摘 要：采用第一性原理的超软赝势平面波法,结合广义梯度近似(GGA)及PW91算法,计算了锂离子电池正极材料LiFePO4和负极材料Li的电子结构和热力学性质。研究结果表明,经过几何优化与计算后,可得到电极材料LiFePO4最稳定的结构,对应的晶胞参数a=1.0294nm,b=0.5986nm,c=0.4675nm。基于声子谱态密度,可以计算锂离子电池体系的热力学参数:熵(S)、焓(H)和吉布斯自由能(G)等。根据所得热力学数据作图,可拟合出相关函数表达式。其中,正极材料LiFePO4和负极材料Li的熵和焓均随温度升高而增大,而吉布斯自由能随温度升高而减小,这与热力学规律相符合。研究获得了锂离子电池电极材料的微观结构及热力学性质,可为锂离子电池的实际应用提供理论指导。

关键词：锂离子电池;LiFePO4;第一性原理;电子结构;热力学性质;