【探究引入固体电解质的正极界面的吸附性能综述1500字】

探究引入固体电解质的正极界面的吸附性能综述目录TOC\o"1-3"\h\u1974探究引入固体电解质的正极界面的吸附性能综述 159321.1.1LAGP晶体结构模型的构建 183071.1.2界面模型的建立与模拟 3LAGP晶体结构模型的构建锂基钠型超离子导体材料具有较高的离子电导率和电化学稳定性。通过元素取代，可以进一步提高离子电导率。这些优异的性能使得它在全固态电池中作为固体电解质很有前途。在这些典型的NASICON型电解质中，铝掺杂的Li1+xAlxGe2–x(PO4)3(LAGP)因其导电性、成本和对锂金属的稳定性而受到广泛关注。基于该模型，在LAGP晶胞中优先考虑将铝原子掺杂到锗位置。为保证电荷平衡，需要在间隙位置引入一个锂离子，得到一个初始的结构模型。为了得到一个稳定的结构，需对模型进行几何优化。应用Ms软件中Forcite模块的GeometryOptimization对模型进行几何优化，力场设置为Universal，步数设置成为5000步。几何优化完成后，如图3-6所示，一个比较标准的锂空气电池电解质LAGP的晶体结构模型就已建好了。紫色代表锂原子，红色代表氧原子，棕色代表硫原子，绿色代表铬原子，黄色代表铝原子。图3-6LAGP晶体结构模型晶体的朝向会影响表面结构的稳定性，所以需先找出能量最低的表面。首先使用Ms软件中的MorphologyTools找出LAGP的活动表面，分别为[001]、[00-1]、[100]、[-100]、[1-10]、[-110]、[010]和[0-10]共八个活动表面。通过CleaveSurface工具分别切开晶体的这八个表面，切面厚度统一为1.0。然后使用forcit模块的energy分别计算出这八个表面的能量，找出能量最低即最稳定表面。所得表面能量如表3-2所示。表3-2不同表面类型的体系能量表面类型体系能量（kcal/mol）[001]-97.0[00-1]-95.8[100]-94.4[-100]90.8[1-10]-92.8[-110]-94.9[010]-94.3[0-10]-93.4由表中数据可以看出[001]表面能量最低，模型体系最稳定。因此在后面中都将选取[001]表面进行实验。为建立稳定的LAGP界面模型，除表面朝向会对结构模型的稳定性产生影响，表面弛豫现象也会影响体系的稳定性。由于晶体表面附近的原子受到的力不对称，为了保持受力平衡，晶体表层原子层会通过上下的移动，降低体系能量。同时，原子的对称性等其他性质保持不变，这种现象称作弛豫表面[31]。通过相关文献可知当晶体的原子层数超过5层，因内部原子收到体系的束缚能力强，受力平衡，轻易不会因为外界扰动而发生位置上的偏移。层数的改变对表面几乎没有影响。在晶体内部，原子受到的束缚力比较大，基本很难产生运动。为了动力学计算更加精确，在构建LAGP表面模型是需固定最下面2层原子，模拟晶体内部的原子受到的强束缚。界面模型的建立与模拟利用Buildlayers功能将正极CNT的[100]面、固体电解质LAGP的[001]面和非晶态Li2O2的[100]面建立复合体系，注意在建立体系之前需对各自表面的UV方向进行合适的扩胞，以便于建立起适合的复合体系。然后选取恰当的真空层厚度对建立好的界面模型进行真空处理。真空层建立好后，一个基础的锂空气电池正极界面就已经构建好了，如图3-8所示为无掺杂N原子的界面复合体系。同样的方法，分别构建五种不同N掺杂CNT形式的复合体系。复合体系构建完成后，使用Forcite模块中的几何优化功能对模型进行优化。几何优化完成后，同样使用Forcite模块中的动力学模拟功能对体系进行动力学模拟，模拟完成后的结构如图3-7所示。体系经过动力学模拟后将会得到六个结构模型，然后找到能量最低的结构分别进行各部分能量的计算，最终计算出的吸附能如下表3-3所示。图3-7动力学模拟后的无N掺杂结构模型表3-3体系各部分能量N掺杂形式体系总能量（kcal/mol）CNT的能量（kcal/mol）Li2O2&LAGP的能量（kcal/mol）体系吸附能（kcal/mol）无59559.81782.057881.6-103.8a型59523.41757.057874.7-108.3b型55891.91713.854312.7-134.6c型55805.91686.354259.7-140.1d型56015.51842.254315.0-141.7e型55590.21652.254084.2-146.2从表中数据可以看出在碳纳米管表面做N修饰并制造缺陷，