Structural, Electronic, and Li Migration Properties of RE-Doped (RE = Ce, La) LiCoO2for Li-ion Batteries: A First-Principles Investigation

兴奋剂 材料科学 离子 阴极 凝聚态物理 化学物理 光电子学 化学 物理化学 物理 有机化学
作者
Fanghua Ning,Bo Xu,Jing Shi,Musheng Wu,Yinquan Hu,Chuying Ouyang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:120 (33): 18428-18434 被引量:57
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.6b05091
摘要

Rare earth elements, known for their large radius, high charge, and strong self-polarization ability, are expected to bring improvements in Li-ion batteries. However, some basic issues such as structural variation, the nature of the improved Li mobility, and electronic conductivity in rare earth-doped electrode compounds are still unrevealed. In the present work, the structural, electronic, and Li migration properties of Ce- and La-doped LiCoO2 cathode materials are systematically studied by using the first-principles calculations. The results show that after rare earth elements are doped, the cell volume expands with local structure distortion around the substitution site. Meanwhile, the doped systems remain insulating characteristics with decreased band gap. The migration barriers vary considerably depending on different paths due to the competition between the increase of Li slab distance and the variation of potential energy surface caused by the doping of rare earth elements. The minimum activation barriers for Li motion decease significantly from 0.669 to 0.382 eV and to 0.239 eV upon Ce and La doping, respectively. Furthermore, Li ion migrations along the entire supercell are also studied.
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