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作者：丁璨;王成豪;张露露;孙华斌;田浩博;刘骐诺;
单位：三峡大学电气与新能源学院;三峡大学材料与化工学院;
摘要：本文采用基于密度泛函理论的第一性原理，使用CASTEP模块研究了Mg-Ti共掺杂对锂离子电池正极材料LiFePO_4的电子结构、弹性性质以及锂离子迁移能垒的影响。对掺杂前后材料的能带、态密度、电荷密度、差分电荷密度、布居值分别进行计算发现：掺杂前LiFePO_4的带隙为0.663 eV,Mg-Ti共掺杂材料的带隙降低至0.474 eV，相较于掺杂前降低了0.189 eV，同时Mg-O和Ti-O之间的相互作用比Fe-O更强，表明Mg-Ti共掺杂有助于材料电子电导率和结构稳定性的提高，进而改善其电化学性能。弹性性质计算结果表明，Mg-Ti共掺杂后材料的体积模量、剪切模量以及杨氏模量均有不同程度的下降。掺杂后Li_(7/8)Mg_(1/8)Fe_(7/8)Ti_(1/8)PO_4的平均剪切模量和平均体积模量比值G_H/B_H为0.69，低于掺杂前的比值0.71，表明掺杂后材料的塑性和延展性增强，有助于缓解电化学反应过程中材料的体积变化。最后，通过计算材料的锂离子迁移势垒发现：Mg-Ti共掺杂使得材料的锂离子迁移势垒从0.75 eV降低至0.52 eV，表明Mg-Ti共掺杂有助于提高材料的充放电过程中锂离子的扩散速率，进而提升其倍率性能。通过实验测量LiFePO_4和Li_(7/8)Mg_(1/8)Fe_(7/8)Ti_(1/8)PO_4的电导率和电化学阻抗谱（EIS），结果表明Li_(7/8)Mg_(1/8)Fe_(7/8)Ti_(1/8)PO_4有着更好的性能。
关键词：LiFePO_4;;Mg-Ti共掺杂;;第一性原理;;电子结构;;弹性性质;;锂离子迁移势垒
基金资助：国家自然科学基金项目（52072217）;; 湖北省三峡实验室创新基金项目（SC213002）资助
