第一性原理研究SiO2掺杂对β-Li3PS4锂离子传导性质的影响开题报告

全文总字数：4217字

1. 研究目的与意义（文献综述）

锂离子电池具有能量密度高、质量轻等优点，是目前最常用的储能技术之一。《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中明确提出，新型锂离子动力电池单体比能量将在2025年达500w·h/kg。但锂离子电池的安全性问题已经受到了社会的广泛关注。目前商业化锂离子电池采用的是液体电解质，耐高温性能不强，易燃，且在液态电解质中，容易出现锂枝晶的生长，最终刺穿隔膜导致电池短路，这些问题限制了其进一步的发展。对此，科学家们正在努力寻找替代液体电解液的固态电解质。

与液态电解质相比，固态电解质具有能量密度高、循环寿命长和安全性高等优点，能够依靠机械压力抑制锂枝晶生长，完全避免了金属锂负极与有机液态电解质发生副反应的问题，这使得金属锂作为负极材料成为可能，达到大幅提升电池能量密度的效果，在电动汽车和便携电子设备领域都具有广泛的应用前景。

固态电解质材料大致可分为无机固态电解质、有机聚合物型固态电解质和有机/无机复合固态电解质三类，相较于有机聚合物型，无机固态电解质具有良好的力学强度和电化学稳定性，因而基于无机固态电解质的电池具有更高的安全特性。无机固态电解质又可分为氧化物和硫化物两种体系。由于s^2-比o^2-更易被极化，对li 的束缚作用更弱，且s^2-更大的半径可以为li 提供更宽的迁移通道，因此硫化物体系的离子电导率普遍比氧化物体系更高。另外，硫化物电解质还具有合成温度低，机械延展性优良，界面接触良好的优点。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

（1）通过进行文献调研，了解国内外相关的研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素之间的关系；

（2）研究掺杂对li₃ps₄固态电解质中锂离子迁移速率的影响，结合迁移势垒明确其离子扩散路径，为构筑高离子电导率的li₃ps₄固态电解质提供理论基础。

3. 研究计划与安排

（1）第1-2周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需方法。确定技术方案，并完成开题报告。

（2）第3-4周：按照设计方案构建任务（1）中的结构模型。

（3）第5-9周：完成任务（2-3）中的第一性原理理论计算内容。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] wang xuelong,xiao ruijuan, li hong, et al. oxygen-driven transition from two-dimensional tothree-dimensional transport behavior in beta-li3ps4 electrolyte[j]. physicalchemistry chemical physics, 2016, 18(31): 21269-21277.

[2] hu jiamian, wangbo, ji yanzhou, et al. phase-field based multiscale modeling of heterogeneoussolid electrolytes: applications to nanoporous li3ps4[j]. acs applied materials interfaces, 2017, 9(38):33341-33350.

[3] yang yanhan, wuqu, cui yanhua, et al. elastic properties, defect thermodynamics,electrochemical window, phase stability, and li mobility of li3ps4: insightsfrom first-principles calculations[j]. acs applied materials interfaces,2016, 8(38): 25229-25242.