LiNi0.5Mn1.5O4, which has a spinel framework structure, is a promising candidate for the cathode material of next-generation lithium-ion batteries with high energy density. We investigate the structural transition in LixNi0.5Mn1.5O4 (0 <= x <= 1) through first-principles calculations using the projector augmented wave method with the generalized gradient approximation. We calculate all the unique Li-site occupation configurations in a unit cell to obtain the total energies and the most stable structures for various compositions. Thermodynamic analysis shows that Li0.5Ni0.5Mn1.5O4 with x = 0.5 is the only stable phase for 0 < x < 1. The decomposition energy is lower than 0.1 eV for 0 < x < 0.5, but is distinctly higher for 0.5 < x < 1. The decomposition energy reaches 0.39 eV at x = 0.75. The ratios of the structures at room temperature are calculated from Boltzmann factors by using the energy differences between structures. The crystal structure of the unit cell changes gradually from x = 0 to 0.5, but changes markedly from x = 0.5 to 1. This first-principles study provides a general evaluation of the variation in the crystal structure with the composition of the bulk material, which affects the cyclability of the electrode.


翻译:里尼0.50Mn1.5O4, 具有脊柱框架结构, 是具有高能量密度下一代锂离子电池阴极材料的有希望的候选方。 我们调查了利克斯尼0. 50Mn1.5O4 (0 ⁇ x ⁇ ⁇ 1) 的结构过渡, 使用通用梯度近似光线的投影机增波法进行第一原则计算。 我们计算了一个单元单元单元中所有独特的利地点占用配置, 以获得各种成分的总能量和最稳定的结构。 热动力学分析显示, 以x=0.5 的x0. 0. 0. 0. 5 Mn1.5O4 和x =0. 0. = 0 < x < 1. 0. 0 < 0. 0. 0. 0. 分解能量低于 0.1 eV eV, 分解能量明显高于0.5 < x < 1. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1 分解能量为0. 0. 0. 9 eV = 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.5. 我们计算单位温度结构结构结构的比重,, 利用Boltzmannmann 结构的比是用结构的计算得出的。 。 结构结构因Blx= 0=0.5 0.5 0.5 0.5 = 0, 0.5 = 0, 0.5 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

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