In、Bi、Sb掺杂SnO2锂化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理平面波赝势(USPP)法,以In、Bi、Sb掺杂SnO2为主要研究对象,构建了M1-XSnxO2二维片状材料模型并模拟其锂化过程,获得Li+饱和浓度曲线;构建M1-XSnxO2三维晶体结构并计算其能带结构、态密度,分子轨道和布居;使用过渡态搜索（TS search）方法评估了Li+扩散的能垒;结果表明,M1-XSnxO2锂化至饱和状态时锂浓度分别为Li0.47SnO2、Li0.47In0.3Sn0.7O2、Li0.47Bi0.3Sn0.7O2、Li0.59Sb0.3Sn0.7O2;SnO2、In-SnO2、Bi-SnO2、Sb-SnO2的带隙分别为1.23eV、1.72 eV、1.47 eV、0.23 eV,其中Sb-SnO2态密度在费米能级处脉冲峰的展宽范围扩大到-2 eV ~ 6 eV,这表明Sb原子的掺杂使得原子间的耦合作用增强,带隙减小,轨道范围变大,电子的非局域性变强;掺杂In、Bi、Sb原子后SnO2离子键的键级由0.33分别转变为0.22、0.03、0.02,离子性依次增强,其中Sb-SnO2的离子性最强,Sn-O键强度最低。同样的路径下Li+在SnO2、In-SnO2、Bi-SnO2、Sb-SnO2中扩散所需的最大能量分别为1.1eV 、0.75 eV、 1.03 eV、0.56 eV;金属元素Sb掺杂SnO2可有效增强其锂化能力。