基于VASP研究Li离子在石墨中迁移性能

sezon研究背景：

石墨经常作为Li电池的阴极，在Li电池工作时，其充电，放电状态由Li离子在石墨层间的脱出和嵌入这一动态过程来实现。试验表明，对石墨进行掺杂，如N,或者P等，可以提升电池的性能。本研究基于第一性原理模拟，采用VASP分别计算含缺陷，杂质元素N,O的石墨与纯石墨的电子结构信息，如差分电荷和态密度，分析其电子结构信息的差异；并且计算了Li离子在以上几种石墨材料中的扩散能垒，分析了缺陷对Li电池性能的影响。

具体步骤:

1) 分别构建纯的石墨（C），掺杂N和C空位缺陷的石墨（C1），以及掺杂了N，O，和C空位缺陷的石墨（C2）；并进行结构优化。

2) 计算DOS和PDOS。分析可知掺杂元素对活性的影响。

C的总态密度以及各元素分态密度和轨道分态密度

C1的总态密度以及各元素分态密度和轨道分态密度

C2的总态密度以及各元素分态密度和轨道分态密度

3) 进一步分析计算Li离子在石墨层间的电子结构信息（图为差分电荷，从左到右分别是C, C1, C2）。红se区域电子聚集，绿se区域电子丢失。可以发现掺杂对活性影响很大 。

4) 选择合适的扩散路径，通过过渡态搜索，计算其扩散能垒。

Li在C, C1, C2中的扩散路径轨迹图（均是从上往下）

结论：C, C1, C2中Li离子的迁移能垒大小顺序为：C2<C1<C。即缺陷和掺杂可以减小Li离子的迁移能垒，有利于扩散。

关键计算参数：

从左到右以此为：基本参数 精度与收敛准则 几何优化参数 过渡态参数

总结：

过渡态搜索过程看似简单，实则暗藏玄机，好的初末态结构是解决问题的法宝。本研究中，Li离子容易被空位缺陷捕获，难以迁移，一旦Li离子落入“C陷阱”;，再难发挥其电流搬运的能力啦！

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