【摘 要】
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锂离子电池是目前应用最广泛的储能器件，不仅应用于各类便携式电子设备，也是电动汽车电源和新能源储能的潜在选择，商业化的锂离子电池大多采用石墨作为负极材料。然而石墨储锂容
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锂离子电池是目前应用最广泛的储能器件，不仅应用于各类便携式电子设备，也是电动汽车电源和新能源储能的潜在选择，商业化的锂离子电池大多采用石墨作为负极材料。然而石墨储锂容量有限（372mAh/g），锂离子在石墨材料中扩散速率较慢，并且在大电流充电时，锂离子容易在聚集石墨电极表面形成锂枝晶，存在安全隐患。 与锂同族的钠和钾在自然界中储量丰富，并且与锂具有相似的性质。新型二维材料作锂离子电池的负极材料得到了越来越多的关注，石墨烯和磷烯都具有优异的储锂能力。石墨烯和磷烯难免各种缺陷，缺陷的存在为粒子的嵌入提供了空间，会在一定程度上改变碱金属原子吸附在石墨烯和磷烯的性质。从微观角度考虑，粒子嵌入位置以及粒子嵌入后负极材料结构的变化直接反映了其循环性能的好坏；且粒子在负极材料表面扩散能垒对电池的功率密度具有重要的影响，电池要有较大的功率密度，粒子在电极内外的移动速率要与外电路的电流密度相匹配。 本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，考察了Li、Na、K原子在单空位（SV）缺陷石墨烯、双空位（DV）缺陷石墨烯、单空位缺陷磷烯和双空位缺陷磷烯表面的吸附性质、迁移行为及电学性质。通过吸附性质的计算，分析了缺陷石墨烯和缺陷磷烯储锂、钠、钾机制，比较了缺陷石墨烯、磷烯吸附碱金属前后几何结构的变化，发现缺陷的存在，增大了吸附能，但是，也使得基底的变形增大。电学性质的计算得到电荷由碱金属原子向基底转移。通过迁移行为的计算，分析了碱金属原子在缺陷石墨烯/磷烯的表面可能的迁移路径和扩散能垒，缺陷的存在，不利于碱金属原子在石墨烯的迁移，有利于碱金属原子在磷烯表面的迁移。
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