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材料科学与工程学报2025年第01期:Sb掺杂对Li_7La_3Zr_2O_(12)固体电解质离子电导率和稳定性影响的第一性原理

来源:期刊VIP网 时间:


作者:曹星;倪磊;段理;傅茂森;钟宏;

单位:长安大学材料科学与工程学院;西北工业大学凝固技术国家重点实验室;

摘要:石榴石型固态电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)是实现全固态锂离子电池关键技术中最具潜力的电解质材料之一。本研究采用第一性原理方法研究了Sb掺杂对Li_7La_3Zr_2O_(12)电解质材料离子电导率和稳定性的影响。计算结果表明,Sb的加入可以稳定Li_7La_3Zr_2O_(12)的立方相结构,并在结构中引入一定数量的Li空位,形成均匀的扩散网络。随着Sb含量进一步提升,晶胞中产生过量的锂空位会削弱离子间的相互作用,造成局部少量结构畸变和迁移路径阻滞,导致离子电导率降低。在所研究的体系中Li_(52)La_(24)Zr_(12)Sb_4O_(96)具有最大的离子电导率(σ_(300k)=10.776 mS·cm~(-1))。通过第一性原理计算,加深了人们对Sb掺杂Li_7La_3Zr_2O_(12)电解质材料中锂离子扩散机制的理解。

关键词:固体电解质;;密度泛函理论;;分子动力学;;离子电导率

基金资助:西北工业大学凝固技术国家重点实验室开放课题(SKLSP202416)