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掺杂和包覆是改进锂离子电池正极材料电化学性能的有效途径，层状正极材料LiCo0.5Ni0.5O2在高温下比其他LiCoxNi1-xO2具有更高的容量保持率和安全性，但是结构稳定性仍需进一步改善。为了改进材料的结构稳定性、提高能量密度以及减小材料的毒性和成本，本论文采用第一性原理计算方法系统研究了具有不同价态的元素（Ti、Al、Mg）替代 Co对 LiCo0.5Ni0.5O2脱锂过程中结构稳定性和平均电压的影响。研究结果表明：Ti和Al掺杂使脱锂过程中晶格变化更平缓，降低体系的形成能，增强材料的结构稳定性；由于Mg2+与Co3+的离子半径和电子结构相差较大，Mg掺杂使体系产生较大的晶格畸变。Ti、Al、Mg掺杂均能提高平均电压。Al掺杂后，由于NiO6八面体Jahn-Teller效应得到明显改善，使结构弛豫过程所需能量明显减小，从而提高了平均电压；Ti掺杂同样能够改善Jahn-Teller效应，但效果低于 Al。由于电荷补偿机制，Ti和 Mg掺杂分别导致Ni3+→Ni2+-e-和Co3+→Co4++e-，同时分别增强了基体中Ni-3d和Co-3d与O-2p电子的杂化，导致更多的O参与电化学反应，有利于平均脱锂电压的提高，而Mg掺杂后Co的氧化导致材料在脱锂时能提供的电子数量减小而影响材料的容量。此外，通过层间距和差分电荷密度的分析，Ti、Al、Mg的掺杂都减小了材料对Li+的静电吸引作用，这有助于Li+的扩散进而提高材料的倍率性能。研究结果对实验上通过引入掺杂元素提高锂离子电池正极材料的电化学性能具有一定指导意义。