石墨烯和硼氮类石墨烯包覆对LiFePO4表面结构的改进及其电导的促进作用.pdf

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1、物理化学学~(WuliHuaxueXuebao1ActaP．一Chim．Sin．2013，29(8)，1666—1672August[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201304232www．whxb．pku．edu．cn石墨烯和硼氮类石墨烯包覆对LiFePO4表面结构的改进及其电导的促进作用孙超严六明岳宝华(上海大学理学院化学系，上海200444)摘要：利用密度泛函理论研究石墨烯和硼氮类石墨烯包覆对LiFePO(010)表面结构和电导性质的影响．结果表明包覆层和LiFePO(010)

2、表面之间的相互作用可以改善LiFePO(010)表面的电导性能．石墨烯包覆LiFePO(010)表面后，禁带宽度从3．3eV减小到2．1eV．硼氮类石墨烯包覆LiFePO(01O)表面后，虽然其价带顶和导带底仍由Fe的3d轨道贡献，但禁带中出现两个间隔为0．6eV的带隙态，由硼氮类石墨烯与LiFePO(010)表面有直接接触并形成共价键的B原子和N原子贡献．关键词：LiFePO：石墨烯：硼氮类石墨烯：态密度：密度泛函理论中图分类号：O641：0649ImprovementofSurfaceStructurea

3、ndEnhancementofConductivityofLiFePO,SurfacebyGrapheneandGraphene-LikeB·-C-NCoatingSUNChaoYANLiu—MingYUEBao-Hua(DepartmentofChemistry,CollegeofSciences，ShanghaiUniversity,Shanghai200444,R．China)Abstract：Densityfunctionaltheorycalculationsareusedtoinvestigate

4、thesurfacestructureandelectricconductivityofthe(010)surfaceofLiFePO4coatedwithgrapheneorgraphene．1ikeB—C—N．ThecalculationsindicatethattheinteractionbetweenthecoatingandLiFePO4(010)surfaceimprovestheelectricconductivityoftheLiFePO4f010)surface．Thebandgapdecr

5、easesfrOm3．3tO2．1eVwhentheLiFePO4(O10)surfaceiScoatedwithgraphene．WhentheLiFePO4(010)sur『aceiScoatedwithgraphene．1ikeB．C．N．thevalencebandmaximumandconductionbandminimumarestilldominatedbyFe-3dorbitals；however．twoi13-gapstateswithallintervaIof0．6eVappearinth

6、ebandgap，whichareattributedtothebondinginteractionbetweengraphene．1ikeB．C．NandtheLiFePO4(010)suce．KeyWords：LiFePO4：Graphene；Graphene—likeB—C—N：Densityofstates；Densityfunctionaltheo~1引言优点．但是，LiFePO较低的Li迁移率和电子电导正交橄榄石结构的LiFePO是一种具有广泛用率(298K下的本征电导率约l0一S·cm1制约了它

7、途的锂离子电池正极材料，不仅具有相对于金属锂在动力电池等领域的广泛应用．为3．5V的电极电势和高达170mAh·g的理论比在实际工作中，一般采取降低颗粒粒径和表面容量，还具有价格低廉、环境友好、化学性质稳定等碳包覆等手段改善LiFePO的电化学性质．前者可Received：January29，20l3；Revised：April22，20l3；PublishedonWeb：April23，2013．Correspondingauthor．Email：liuming．yan@shu．edu．cn；Tel／Fax

8、：+86-21—66132405．TheprojectwassupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(21073118)，InnovationProgramofShanghaiMunicipalEducationCommission，China(13ZZ078)，ShanghaiLeadingAcademicDisciplinePro