摘要
全球化石燃料的逐渐枯竭和环境的不断恶化使人们对能源的生产，存储和环保等方面提出了更严格的要求。在储能装置中，锂离子电池(LIBs)因其具有安全、能量密度高和循环寿命长等诸多优点，自商品化以来一直作为便携式电子设备的主要电源而受到广泛关注。此外，由锂电子电池装备的电动汽车正逐步取代燃料汽车成为汽车市场的主导。为发展长续航且安全的电动汽车，就要在保证锂离子电池安全性能的前提下对其能量密度提出更高的要求。在众多的正极材料当中，富锂层状氧化物因其低成本，高能量密度而被认为是下一代锂离子电池最有竞争力的候选材料之一。然而富锂层状氧化物在实际循环过程中始终存在缺陷、电压衰减以及首周容量损失等问题。开发高能量密度和低成本的锂离子电池正极材料，就需要研究清楚这些材料背后的相关物理性质。 本硕士论文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了富锂锰基三元正极材料Li1.208Ni0.333Co0.042Mn0.417O2的电子结构和缺陷性质。结果表明，该材料是一个直接带隙的磁性半导体材料，其价带顶(VBM)和导带底(CBM)上主要是O的2p轨道与Ni部分3d原子轨道之间的杂化。M(M=Ni，Co，Mn)原子与O原子之间的成键方式是共价键和离子键的混合。金属空位的计算结果表明，脱去Mn原子时体系的体积变化最大，且Mn空位的形成能明显大于Ni空位和Co空位。差分电荷密度计算表明，金属空位仅明显影响了其附近O的电荷分布，体现了金属空位影响的局域性特征。态密度的计算显示，金属空位使其周围O原子在费米面附近的2p电子态明显增加。对氧空位形成能的计算表明，氧空位形成能随着温度的升高而明显降低，同时随着氧分压的增大而增大。此外，氧空位的引入氧空位的引入导致的杂质能级使得导带底向低能端移动，且空位附近的两个Ni离子的价态均由+3价还原成+2价。
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