摘要
为了明确纳米金刚石薄膜作为锂硫电池SEI抑制锂枝晶的效果，需要对电池循环过程中锂离子通过纳米金刚石SEI后在锂负极表面的沉积行为进行研究。本课题通过第一性原理计算方法，探究了锂原子在H缺陷金刚石表面、B/P/S掺杂金刚石表面以及Li终止金刚石表面上的吸附迁移行为。根据这些行为特点，分析了各类型金刚石表面作为锂硫电池SEI的可行性。研究结果如下： （1）Li原子在H缺陷金刚石表面的计算结果表明：锂原子在二聚体行方向上缺氢的氢终止金刚石表面上吸附更稳定。锂原子在缺三个氢的氢终止金刚石表面上吸附更稳定。锂原子无法在全氢终止金刚石表面上吸附。锂原子在清洁金刚石表面上吸附能较低。H终止金刚石表面缺H中心能够驱动Li原子沉积行为。吸附后，锂原子与金刚石表面的碳原子成范德华键。锂原子很容易实现在清洁金刚石表面上迁移。通过对比七种金刚石表面，清洁金刚石表面最小的锂原子迁移势垒与较强的吸附性使其最适合作为SEI。 （2）Li原子在B/P/S掺杂金刚石表面的计算结果表明：全氢终止掺杂金刚石表面比清洁掺杂金刚石表面更容易使锂原子沉积。B掺杂金刚石表面比其他两种（P/S)元素掺杂金刚石表面更容易使锂原子沉积。掺杂元素可以驱动全氢终止金刚石表面对锂原子吸附。对比B/P/S三种掺杂元素，锂原子更容易在S掺杂金刚石表面上迁移。通过对比六种金刚石表面，P掺杂全氢终止金刚石表面既能兼顾锂原子稳定吸附又能兼顾锂原子较低的迁移势垒。故其最适合作为SEI。 （3）Li原子在锂端金刚石表面的计算结果表明：Li原子在锂端金刚石界面间迁移倾向于向P4位置迁移。锂原子在锂端金刚石界面间迁移时会引导锂终止层进行演变。相比于锂原子在锂端金刚石界面间横向迁移，锂原子更容易实现向锂终止层上方的纵向跃迁。
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