Li-S復合團簇的結構和穩(wěn)定性研究.pdf

1、鋰硫電池因其有1675mAh/g的理論高容量而成為一種有前景的電化學電池，硫正極反應完全生成Li2S時，化學反應方程式為：16Li+S8→8Li2S。眾所周知，它的放電機制是一個復雜多步的過程，理解放電機制對提高鋰硫電池實際容量至關重要。近年來，無論從實驗還是理論，越來越多的人們開始對鋰硫電池的充放電的微觀機制進行研究。目前，在理論計算方面，缺乏對中性LimSn團簇（1≤m≤16，1≤n≤8，m:n≤2）基態(tài)結構的系統(tǒng)研究。
　　

2、本論文用本課題組研發(fā)的遺傳算法，并結合第一性計算原理對Li-S復合團簇體系做了系統(tǒng)研究，以此來探索鋰硫電池放電過程中的微觀機制。研究內容包括找出Li-S復合團簇基態(tài)結構，對其基態(tài)結構進行研究，分析團簇基態(tài)結構穩(wěn)定性隨尺寸增加的變化規(guī)律，計算形成能，HOMO-LOMO能隙，進行布居數(shù)分析，分析結構的穩(wěn)定性。
　　在團簇結構研究中，大部分結構具有高對稱性和穩(wěn)定性，例如Li8S4，它具有S4的點群對稱性，其結構模式為4個Li原子與兩個S

3、4鏈作用構成籠狀結構。此外，隨著Li原子數(shù)的增加，S與S之間就很難相互作用，Li原子將S8環(huán)破壞，Li-S之間的相互作用占據(jù)主導。在結構穩(wěn)定性研究中，研究發(fā)現(xiàn)大部分團簇具有低的形成能，結構穩(wěn)定。Li原子數(shù)為偶數(shù)時，其HOMO-LOMO能隙大于Li原子數(shù)為奇數(shù)的情況。
　　在化學計量比m:n=1:1，2:1的LimSn復合團簇研究中，原子得失電子受S原子存在形式影響，當S原子只與Li原子相互作用時，得電子能力最強。計量比m:n=1: