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First-principles study of surface properties of LiFePO_4

王焱  
【摘要】:正In recent years,lithium iron phosphate(LiFePO_41) have appeared as promising cathodes for rechargeable lithium-ion batteries because of its reasonable theoretical capacity of 170 mAhg~(-1),low materials cost,and low toxicity.However,the main drawback of LiFePO_4 as an electrode material lies in its low intrinsic electronic conductivity and slow lithium ion diffusion,which cannot be solved by simple mixing of active particles with a sufficient amount of electron conductor additives.Surface modifications have proven to be effective for improving electronic conductivity, the capacity retention,rate capability,and even thermal stability of LiFePO_4as cathode materials for lithium-ion batteries.However,the physical nature of surface modifications in achieving improved cathode performance is not clearly identified.Based on the local density functional theory (DFT) and the first-principles with pseudopotentials method,we calculated the surface energy of LiFePO_4 and analyze its electronic structure and stabilities,with a purpose to understand the properties between the electrode surface and coating layer.Our calculations demonstrate that LiFePO_4(010) as the cleavage surface is the most stable surface and in favor of the lithium diffusion in the one-dimensional pathway,because its cleavage energies are mainly smaller than that of LiFePO_4(100) and LiFePO_4(001),therefore,surface modifications(eg.carbon coated) not only plays the role of conductive network but also decrease anisotropy of the surface properties and enhances delivery of Li to the(010) facet of LiFePO_4 where it can be inserted.

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