Ti Substitution in Li 5 FeO 4 : A Li-Rich Cathode Material for Li-Ion Batteries from First Principles Calculations

材料科学 替代(逻辑) 阴极 密度泛函理论 离子 扩散 电导率 电子结构 化学物理 计算化学 热力学 物理化学 有机化学 计算机科学 物理 化学 程序设计语言
作者
Anu Maria Augustine,Vishnu Sudarsanan,P. Ravindran
出处
期刊:ECS Journal of Solid State Science and Technology [Institute of Physics]
卷期号:10 (10): 101006-101006 被引量:5
标识
DOI:10.1149/2162-8777/ac2d06
摘要

Li-rich materials with simultaneous anionic and cationic reductions are one among the most promising class of cathode materials for high−capacity Li-ion batteries. The recent studies on the Li-rich Li 5 FeO 4 with defect antifluorite-type structure show that Li 5 FeO 4 can generate high capacity by simultaneous reduction of Fe and O atoms without any obvious release of oxygen gas. But, the poor cyclability as well as electrical conductivity of Li 5 FeO 4 makes it a less attractive cathode for Li-ion batteries in practical applications. In the present study, we have substituted the Fe sites with Ti in different concentrations (Li 5 Fe 1− x Ti x O 4 with x = 0.125, 0.250, 0.375, 0.500, 0.625, 0.750, 0.875, 1.00) and investigated the structural, electronic and Li-diffusion properties using density functional theory calculations. The total energy calculations show that all the Ti substituted systems have negative enthalpy of formation and this implies that the Ti substituted materials are also stable. The analysis of the calculated density of states indicates that Ti substitution reduces the bandgap and thereby improves the electronic conductivity of these materials. Similarly, the analysis of Li migration in Ti substituted Li 5 FeO 4 shows lower barrier height compared to that in the parent compound indicating the possibility of fast diffusion of Li-ions by Ti substitution.
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