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锂离子电池电极材料设计获得的理论指导:万邦娱乐官方

时间:2020-12-19
本文摘要:此外,第一性的原理计算出不需要积极开展现实的实验,大大降低了实验成本,目前被广泛应用于锂离子电池电极材料的嵌入式锂去除机制探索、蔓延能量壁垒计算、结构稳定性、锂插入容量机理研究等。但是第一性原理在现阶段在锂离子电池领域的应用也存在局限性。

原子

随着世界经济和社会的发展,市场对能源的需求和利用日益增加。环境污染和化石能源短缺问题越来越突出,以实现人类的可持续发展。探索开发新再生资源刻不容缓。

太阳能和风能等新型能源容易洗手,但由于时空分布不均匀的特点,在现阶段不能普遍使用。(威廉莎士比亚、温斯顿、风电、风电、风电、风电、风电、风电)化学能源储存装置锂离子电池以低于电力、能量密度高、寿命长、自身放电率低、储存时间长等优点,适用于便携式电子设备、航天、军事设备和电力交通工具目前,锂离子电池已逐渐取代其他电池为主要电源电池。另一方面,近年来智能电网和大规模储能领域的发展,导致对锂离子电池能源密度和功率密度的高度拒绝,因此开发具有低能耗密度和高功率密度的新型锂离子电池显得尤为重要。第一性原理计算方法,即abinitio,广泛用于化学、物理、生命科学、材料学等。

它的基本思想是将包含在多个原子中的体系视为由多个电子和核组成的系统,并根据量子力学的基本原理,对问题展开最大限度的“非实证”处理。它只需要五个基本常数(m0,E,H,C,kB)就可以计算出系统的能量和电子结构等物理性质。第一性的原理是确认未知材料的结构和基础性,建立原子水平的精密控制,是现阶段解决问题实验理论问题,预测新材料结构性能的强大工具。

此外,第一性的原理计算出不需要积极开展现实的实验,大大降低了实验成本,目前被广泛应用于锂离子电池电极材料的嵌入式锂去除机制探索、蔓延能量壁垒计算、结构稳定性、锂插入容量机理研究等。为锂离子电池电极材料的制造和改造获得了有效的理论指导。其中,在锂电领域,通过第一原理计算,为锂离子电池材料的设计获得的理论主要集中在以下几个方面:1工作电压计算锂离子映射电压是锂离子电池最重要的参数,理想材料是阴极材料的电压平台充足,阴极材料的电压平台低,因此可以获得较高的工作电压,从而使锂离子电池获得更高的能量密度。(阿尔伯特爱因斯坦,Northern Exposure(美国电视剧),Northern Exposure(美国电视剧),女性)第一性原理可以计算材料基态的电子总能量,计算出平均金位锂功率(AIV),实验中测量的电压数值例如电极反应式:其开路电压可通过以下公式计算。

其中 0K可以类似于GGE,公式1可以使用如下:因此,只要计算反应前后各物质的总能量,就可以用公式(2)来解决阴极材料的平均电压。第一性原理是可以比较准确地预测材料平均金锂功率,与实验中测量的电压数值相似。

例如,周等2人阴极材料LiNiPO4的电压为5.1v,实验测试值为5.1v-5.3v。Chen等3计算减去负材料LiFePO4的平均电压为3.2V,实验值约为3.4V。

另外,Hassan等4利用第一性原理计算得到的RuO2阴极材料的工作电压曲线,符合实验得到的工作电压曲线的变化趋势。2电子导电和离子扩散率性能是指电池在一段时间内释放额定电容的电流值。比例越高的电池释放相同容量的时间越高,电池充电速度越慢。

材料的离子电导率和电子电导率的结合影响材料的比例性能。高倍率充电过程不仅要慢离子扩散,还要慢电子传导。利用第一性原理计算的方法可以用NEB(Nudgedelasticband)和CI-NEB(Aclimbingimagenudgedelasticband)的方法计算材料的锂离子扩散能量壁垒,计算扩散能量壁垒对,扩散能力越低,材料越低,扩散率越高,适当比例的性能越好文献中看到的蔓延能源5都是通过第一性原理计算的方法计算的。混合n-石墨烯需要提高阴极材料的锂离子扩散率。

不仅实验测量的实验值,还可以通过第一次原理计算,在不混合N-Graphene的情况下计算材料的锂离子扩散能垒。3计算材料结构稳定性的安全性能仍然是锂离子电池最重要的指标,影响电极材料和电解质的自由选择,我国经常发生汽车锂离子电池爆炸的事故,这是因为电池在使用过程中短路引起的。因此,应该自由选择结构和热稳定性都很好的材料作为锂离子电池的电极材料。

锂离子电池阴极材料的充放电循环中,深度干燥锂时,负材料会释放O2,这不仅不会消耗电解质,也不会发生爆炸,从而引起根本的安全问题。(威廉莎士比亚、锂、锂、锂、锂、锂、锂、锂)利用第一性原理计算,通过计算材料不足的构成能量和移动能量,可以预测相互稳定性。

例如,HakimIddir等6是根据第一个原则计算的,通过计算Co空缺的构成能量和移动能量来预测xLi2MnO3吗?(1?X)LiMO2的相互稳定性。Gao等7以DFT和FPMD为基准,分析了Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Zr、Nb等元素与Li2MnO3材料混合的Mn对材料性能的影响,Ti-、v-、Cr-、co-、ni-和Zr-doped不能延期O2的释放,因为Li数量y=1.5之前超过0。相反,FE-和N B-Doped指出,Li去除量不到0.5时不超过0,其混合可以在反应中诱导材料的O2分解,从而提高了材料的安全性,其理论与实验混合得到的结果完全一致。

4锂储存容量的计算电极材料的容量是电极最重要的性能,在第一原理计算中,电极材料对锂原子的导电性允许进行容量分析。导电能量的大小可以用不同的材料对锂原子具有导电性,导电性越大,传导锂原子的能力越强。但是导电性大的材料,其容量并不一定低。

因为,随着导电性的增加,以后导电锂原子以后的导电减幅相当大,这种材料的锂储存容量可能会降低。(大卫亚设,Northern Exposure(美国电视剧),传导性,传导性,传导性,传导性)传导性越大,锂原子逐渐减少后传导性的减幅也越小,这种材料就能享受到更小的锂储存容量。(大卫亚设,Northern Exposure(美国电视),电)锂原子在锂原子本身构成锂时具有相应的能量。

当锂原子材料的导电性高于内务能源时,锂原子倾向于组成锂块,但仍有助于电池的容量。也就是说,当我们利用第一性的原理计算材料的导电性高于锂块的内务能源时,相应的锂储存容量就是这种材料的理论储存锂容量。例如,Wang等8利用第一性原理计算了石墨和金属氧化物阴极材料的反应产物Li2O中所含的界面储存锂容量,得到了金属氧化物在实验中仔细观察的附加容量的生成机械说明。

但是第一性原理在现阶段在锂离子电池领域的应用也存在局限性。因为实际电极材料的工作状态是在多种反应共存的条件下展开的,通过第一性原理模拟的材料性能是在理想的平衡状态条件下展开的。这可能会导致计算值和实验值的偏差。但是,通过第一性原理计算的数值,定性地由实验者展开辅助分析,说明实验中不存在的一些机械问题,对锂离子电池电极材料的设计有一定的帮助。

(大卫亚设,Northern Exposure(美国电视剧),女性)最后,我将向大家展示一个非常简单的词汇——科普——VASP。以锂领域第一性原理计算的文献中常见的Vasp一词只是Vienna AB-Intiosimulationpackage的缩写,Vasp软件由J. Furthmuller和G. Kresse先开发和使用,后期经过大规模修订和完善,目前使用的VASP软件包已经进入成熟期Vasp软件包具有以下优点:(1)提取周期表中所有元素的伪造。

这些伪造已经过充分测试,构成了可用性极低的伪造库。(2)优化算法的构建(RMM-DISS、blockedDavidson和Conjugate梯度算法)高效稳定。(3)没有图形界面,但文档详细,入门慢。

(4)相反的计算机平台(单机、群集计算、超纯量计算机和超级向量计算机)非常普遍,在所有体系结构(英特尔的奔腾系列、Athlon系列的Alpha、DEC的Alpha机器等)的计算系统上运行效率非常低。


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