Structures, phase stabilities, and electrical potentials of Li-Si battery anode materials

材料科学 无定形固体 亚稳态 相图 从头算 密度泛函理论 阳极 化学物理 相(物质) 热力学 计算化学 结晶学 物理化学 化学 物理 电极 有机化学
作者
William W. Tipton,Clive Bealing,Kiran Mathew,Richard G. Hennig
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:87 (18) 被引量:49
标识
DOI:10.1103/physrevb.87.184114
摘要

The Li-Si materials system holds promise for use as an anode in Li-ion battery applications. For this system, we determine the charge capacity, voltage profiles, and energy storage density solely by ab initio methods without any experimental input. We determine the energetics of the stable and metastable Li-Si phases likely to form during the charging and discharging of a battery. Ab initio molecular dynamics simulations are used to model the structure of amorphous Li-Si as a function of composition, and a genetic algorithm coupled to density-functional theory searches the Li-Si binary phase diagram for small-cell, metastable crystal structures. Calculations of the phonon densities of states using density-functional perturbation theory for selected structures determine the importance of vibrational, including zero-point, contributions to the free energies. The energetics and local structural motifs of these metastable Li-Si phases closely resemble those of the amorphous phases, making these small unit cell crystal phases good approximants of the amorphous phase for use in further studies. The charge capacity is estimated, and the electrical potential profiles and the energy density of Li-Si anodes are predicted. We find, in good agreement with experimental measurements, that the formation of amorphous Li-Si only slightly increases the anode potential. Additionally, the genetic algorithm identifies a previously unreported member of the Li-Si binary phase diagram with composition Li${}_{5}$Si${}_{2}$ which is stable at 0 K with respect to previously known phases. We discuss its relationship to the partially occupied Li${}_{7}$Si${}_{3}$ phase.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
刚刚
机智雨雪完成签到,获得积分20
刚刚
XT发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
CJN完成签到,获得积分10
2秒前
机智雨雪发布了新的文献求助30
3秒前
3秒前
3秒前
Jing完成签到 ,获得积分10
4秒前
4秒前
zzzy完成签到,获得积分20
4秒前
4秒前
跳跃的语儿完成签到 ,获得积分10
5秒前
xll发布了新的文献求助10
5秒前
dongyi完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
希望天下0贩的0应助11111采纳,获得10
7秒前
finish发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
8秒前
失眠剑发布了新的文献求助10
8秒前
李佳萌发布了新的文献求助10
8秒前
斯文的老虎完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
ding应助wu采纳,获得10
10秒前
11秒前
11秒前
桐桐应助zzzzhang_o采纳,获得10
11秒前
11秒前
bkagyin应助晚风落日的糖采纳,获得10
12秒前
NEUER发布了新的文献求助10
13秒前
王德发完成签到,获得积分10
13秒前
serenity完成签到 ,获得积分10
13秒前
14秒前
wanci应助zilhua采纳,获得10
16秒前
王德发发布了新的文献求助10
16秒前
ding应助美丽蕨菜子采纳,获得10
16秒前
suiyue发布了新的文献求助10
17秒前
小小发布了新的文献求助10
17秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 临床微生物学程序手册,多卷,第5版 2000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1621
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] | NHBS Field Guides & Natural History 1500
The Victim–Offender Overlap During the Global Pandemic: A Comparative Study Across Western and Non-Western Countries 1000
King Tyrant 720
T/CIET 1631—2025《构网型柔性直流输电技术应用指南》 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5588835
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4671698
关于积分的说明 14789060
捐赠科研通 4626566
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2531974
邀请新用户注册赠送积分活动 1500561
关于科研通互助平台的介绍 1468343