【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学模拟，尤其是涉及一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法。
技术介绍
1、锂离子电池在充放电过程中形成的界面产物是影响电池性能、稳定性和安全性的重要组件。目前的实验测试表征手段如sem、xps还不足以充分地分析界面产物地形成演化过程，原子模拟是一种很好的先进研究手段。从头算分子动力学(ab initio moleculardynamics，aimd)模拟可用于原子尺度的模拟研究，但aimd仅限于小型系统(大约数百个原子)，且时间尺度相对较短，通常仅限于皮秒范围，不利于大规模较长时间地研究锂离子电池的界面演化过程。使用经典分子动力学(molecular dynamics，md)模拟可以极大地扩展原子模拟的模拟系统规模和时间尺度，可以达到数十万个原子、数百纳秒的尺度。但md模拟的准确性严重依赖于描述原子间相互作用的经典力场。
2、因此，亟需研究一种准确性高，且能对锂离子电池界面产物进行精准研究的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法。将reaxff力场与电化学动力学方法相结合，通过动态调整原子的电负性，并考虑电极施加电压的影响，能够更加真实地模拟电池的电化学行为。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，所述方法为
4、所述模拟条件为：采用reaxff力场模拟原子之间的相互作用；采用隐式自由度电化学动力学法模拟向金属电极施加外部电压产生的电化学驱动力。
5、进一步地，所述锂离子电池模型包括从上至下依次构建的正极原子层、电解液层和负极原子层，所述负极原子层和正极原子层之间填充电解液分子，并引入垂直于正极表面的纯排斥力以防止电解质分子与正极原子之间发生反应；
6、所述负极原子层和正极原子层中的原子在反应性分子动力学模拟过程中固定位置，以避免原子发生漂移。
7、进一步地，所述reaxff力场采用键长、键序或键能关系实现键合和非键合系统之间的平滑过渡。
8、进一步地，所述隐式自由度电化学动力学法具体为：先增强两个电极中原子的电负性，再确定原子电化学势χ*i。
9、进一步地，增强两个电极中原子的电负性采用的公式为：
10、χ*i＝χ0i±φi/2
11、其中，χ0i和φi分别是后电荷平衡的原子电负性和原子i的原子电化学势。
12、进一步地，所述原子电化学势的计算公式为：
13、
14、其中，k是有效扩散率；rij表示原子i和j原子之间的距离；ω(rij)是局部加权函数，用于表示两个原子是否被视为同一金属簇中一部分；η是弛豫率；f(wi)为开关函数，wi为原子i的总配位金属原子数。
15、进一步地，当一个原子与其他金属原子分离时，f(wi)会开启弛豫，使电极中的金属原子会产生电压差；
16、若原子从电极上脱离，原子的电负性恢复到原始值χ0i。
17、进一步地，采用lammps软件包在预设温度和模拟条件下进行反应分子动力学模拟，使电解液分子通过发生化学反应会在电池电极上形成界面产物。
18、进一步地，对模拟产生的界面产物采用reacnetgenerator网络发生器，并根据坐标和键序列确定每个时刻中原子的连接性，再根据原子连接性检测物质种类。
19、进一步地，采用简化分子输入线输入规范进行索引，以确保检测物种的唯一性，再计算整个轨迹中的反应路径和数量，生成反应矩阵后，使用面向力的算法构建反应网络。
20、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
21、1、本专利技术将reaxff力场与电化学动力学方法相结合。在模拟过程中，采用reaxff力场来描述原子之间的反应性相互作用，并结合隐式自由度电化学动力学(echemdid)方法模拟外部电压对电极的电化学驱动力。通过动态调整原子的电负性，并考虑电极施加电压的影响，能够更加真实地模拟电池的电化学行为。这种创新的结合使得模拟不仅能准确描述反应过程，还能模拟电化学驱动的效应，增强了模型的实用性和准确性。
22、2、本专利技术基于reacnetgenerator的界面产物自动分析。利用reacnetgenerator从md轨迹中自动提取反应网络，能够从大量的原子坐标数据中提取反应路径和数量，并生成反应矩阵。通过这种自动化的分析方法，可以高效地识别和分析电池中形成的界面产物，并计算其在整个模拟过程中的变化。不仅提高了数据处理的效率，还确保了反应路径和产物的全面性分析，为理解电池的界面反应机制提供了强有力的工具。
23、3、本专利技术在电极与电解液分子间引入纯排斥力以防止电解质分子与电极原子发生反应，从而能更精准地研究电解液和电极之间的相互作用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，所述方法为：搭建锂离子电池原子尺度模型，并设置模拟条件，在预设的模拟条件下进行反应性分子动力学模拟，对模拟产生的界面产物进行分析，并构建反应网络，以实现对锂离子电池电解液和电极之间的形成的界面产物的识别和分析；
2.根据权利要求1所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，所述锂离子电池模型包括从上至下依次构建的正极原子层、电解液层和负极原子层，所述负极原子层和正极原子层之间填充电解液分子，并引入垂直于正极表面的纯排斥力以防止电解质分子与正极原子之间发生反应；
3.根据权利要求1所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，所述ReaxFF力场采用键长、键序或键能关系实现键合和非键合系统之间的平滑过渡。
4.根据权利要求1所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，所述隐式自由度电化学动力学法具体为：先增强两个电极中原子的电负性，再确定原子电化学势χ*i。
5.根据权利要求4所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，增强两个电极中原子的电负性采用的公式为：
6.根据权利要求4所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，所述原子电化学势的计算公式为：
7.根据权利要求6所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，当一个原子与其他金属原子分离时，F(Wi)会开启弛豫，使电极中的金属原子会产生电压差；
8.根据权利要求1所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，采用LAMMPS软件包在预设温度和模拟条件下进行反应分子动力学模拟，使电解液分子通过发生化学反应会在电池电极上形成界面产物。
9.根据权利要求1所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，对模拟产生的界面产物采用ReacNetGenerator网络发生器，并根据坐标和键序列确定每个时刻中原子的连接性，再根据原子连接性检测物质种类。
10.根据权利要求9所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，采用简化分子输入线输入规范进行索引，以确保检测物种的唯一性，再计算整个轨迹中的反应路径和数量，生成反应矩阵后，使用面向力的算法构建反应网络。
...【技术特征摘要】
1.一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，所述方法为：搭建锂离子电池原子尺度模型，并设置模拟条件，在预设的模拟条件下进行反应性分子动力学模拟，对模拟产生的界面产物进行分析，并构建反应网络，以实现对锂离子电池电解液和电极之间的形成的界面产物的识别和分析；
2.根据权利要求1所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，所述锂离子电池模型包括从上至下依次构建的正极原子层、电解液层和负极原子层，所述负极原子层和正极原子层之间填充电解液分子，并引入垂直于正极表面的纯排斥力以防止电解质分子与正极原子之间发生反应；
3.根据权利要求1所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，所述reaxff力场采用键长、键序或键能关系实现键合和非键合系统之间的平滑过渡。
4.根据权利要求1所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，所述隐式自由度电化学动力学法具体为：先增强两个电极中原子的电负性，再确定原子电化学势χ*i。
5.根据权利要求4所述的一种用于分析锂离子电池界面产物的大尺度反应性分子动力学模拟方法，其特征在于，增强两个电极中...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。