【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算材料化学，具体涉及一种基于k掺杂和晶界调控提升baf2氟离子电导率的方法。
技术介绍
1、固态氟离子电池具有高理论电压、高能量密度和安全性能好等优点，其有着广泛的应用前景。但目前固态氟离子电池的循环寿命欠佳，这严重制约了其发展，如何快速精准研发具有高室温(300k)氟离子电导率的氟离子固态电解质成了亟待解决的问题。在萤石型baf2晶胞中，ba离子呈立方密堆积，其位于立方晶胞的顶点和面心；f离子虽然占据全部四面体空隙，但其未占据八面体空隙，这为氟离子在baf2中实现迁移奠定了基础；同时，由于较强ba-f离子键对氟离子的束缚作用，baf2存在低室温氟离子电导率的问题，而且其力学性能和电化学窗口仍需进一步提升。基于此问题，采用第一性原理方法研究k掺杂调控baf2的机理，寻找k离子对ba离子的最优部分替换，产生合适氟空位并削弱ba-f键合作用，从而诱导氟离子在baf2晶体中快速扩散，设计了具有最高室温氟离子电导率的k掺杂baf2晶体(ba0.875k0.125f1.875)。为了进一步设计ba0.875k0.125f1.875的最优晶界结构，采用分子动力学方法分别计算了ba0.875k0.125f1.875的∑3(111)、∑5(210)和∑9(221)晶界所对应的氟离子电导率，通过比较可知：ba0.875k0.125f1.875的∑9(221)晶界具有最高室温氟离子电导率(3.68×10-3s/cm)，这显著大于baf2的氟离子电导率。本专利技术以有效提升baf2的氟离子电导率为目的，基于k掺杂和晶界调控的方法，采用
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种基于k掺杂和晶界调控提升baf2氟离子电导率的方法，旨在提高其氟离子电导率，具体实施方式按照以下步骤进行：
2、步骤1：对ba1-xkxf2-x(x＝0.03125,0.0625,0.09375,0.125,0.15625)进行结构筛选；然后计算ba1-xkxf2-x的形成能与k掺杂浓度(x)之间的关系，获得k掺杂浓度(x)对ba1-xkxf2-x稳定性的影响，从而筛选出其最优k掺杂原料；
3、步骤2：采用从头算分子动力学(aimd)方法计算并分析ba1-xkxf2-x在不同温度下的氟离子电导率与k掺杂浓度(x)之间的关联，设计了ba0.875k0.125f1.875，其具有最高氟离子电导率(温度为300k)；
4、步骤3：采用基于第一性原理方法的vasp软件计算ba0.875k0.125f1.875的能带结构，分析其电子导电性；
5、步骤4：采用基于第一性原理方法的vasp软件计算ba0.875k0.125f1.875的杨氏模量沿三维空间的分布规律，分析其力学性能；
6、步骤5：计算ba0.875k0.125f1.875的电化学窗口；
7、步骤6：建立ba0.875k0.125f1.875的三种晶界结构(∑3(111)、∑5(210)和∑9(221))，并计算这三者的晶界能，比较∑3(111)、∑5(210)和∑9(221)的稳定性；
8、步骤7：采用基于分子动力学方法的lammps软件计算ba0.875k0.125f1.875晶界(∑3(111)、∑5(210)和∑9(221))的氟离子电导率；通过比较可知：ba0.875k0.125f1.875的∑9(221)晶界在温度为300k下具有最高氟离子电导率(3.68×10-3s/cm)；
9、本专利技术提出一种基于k掺杂和晶界调控提升baf2氟离子电导率的方法，从而精准、快速设计具有较高氟离子电导率的baf2基氟离子电池固态电解质。首先对ba1-xkxf2-x(x＝0.03125,0.0625,0.09375,0.125,0.15625)进行结构筛选；随后计算ba1-xkxf2-x在不同化学势和不同k浓度条件下的形成能，从而确定具有最稳定结构的ba1-xkxf2-x，并获得最优k掺杂原料(k3ba)；然后计算ba1-xkxf2-x(x＝0,0.03125,0.0625,0.09375,0.125,0.15625)的氟离子电导率，设计出具有最高氟离子电导率的k掺杂baf2结构(ba0.875k0.125f1.875)；紧接着计算并分析ba0.875k0.125f1.875的能带结构、力学性能和电化学窗口；在此基础上，借助atomsk软件建立ba0.875k0.125f1.875的三种晶界结构(∑3(111)、∑5(210)和∑9(221))，并计算这三者的晶界能，从而获得其相对稳定性；最后采用lammps软件计算ba0.875k0.125f1.875晶界(∑3(111)、∑5(210)和∑9(221))的氟离子电导率。本专利技术提供的ba0.875k0.125f1.875不仅具有较宽能带带隙、优异的力学性能和较宽电化学窗口(0.75v～11.48v)，而且其∑9(221)晶界在温度为300k下具有最优氟离子电导率(3.68×10-3s/cm)。
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1.一种基于K掺杂和晶界调控提升BaF2氟离子电导率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于K掺杂和晶界调控提升BaF2氟离子电导率的方法，其特征在于，所述步骤1中，对Ba1-xKxF2-x(x＝0.03125,0.0625,0.09375,0.125,0.15625)进行结构筛选；然后计算Ba1-xKxF2-x的形成能与K掺杂浓度(x)之间的关系，获得K掺杂浓度(x)对Ba1-xKxF2-x稳定性的影响，从而筛选出其最优K掺杂原料；具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于K掺杂和晶界调控提升BaF2氟离子电导率的方法，其特征在于，所述步骤2中，采用从头算分子动力学(AIMD)方法计算并分析Ba1-xKxF2-x在不同温度下的氟离子电导率与K掺杂浓度(x)之间的关联，设计了Ba0.875K0.125F1.875，其具有最高氟离子电导率(温度为300K)；具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于K掺杂和晶界调控提升BaF2氟离子电导率的方法，其特征在于，所述步骤3中，采用基于第一性原理方法的VA
5.根据权利要求1所述的一种基于K掺杂和晶界调控提升BaF2氟离子电导率的方法，其特征在于，在所述步骤4中，采用基于第一性原理方法的VASP软件计算Ba0.875K0.125F1.875的杨氏模量沿三维空间的分布规律，分析其力学性能。
6.根据权利要求1所述的一种基于K掺杂和晶界调控提升BaF2氟离子电导率的方法，其特征在于，在所述步骤5中，计算Ba0.875K0.125F1.875的电化学窗口。
7.根据权利要求1所述的一种基于K掺杂和晶界调控提升BaF2氟离子电导率的方法，其特征在于，所述步骤6中，建立Ba0.875K0.125F1.875的三种晶界结构(∑3(111)、∑5(210)和∑9(221))，并计算这三者的晶界能，比较∑3(111)、∑5(210)和∑9(221)的稳定性。
8.根据权利要求1所述的一种基于K掺杂和晶界调控提升BaF2氟离子电导率的方法，其特征在于，在所述步骤7中，采用基于分子动力学方法的LAMMPS软件计算Ba0.875K0.125F1.875晶界(∑3(111)、∑5(210)和∑9(221))的氟离子电导率；通过比较可知：Ba0.875K0.125F1.875的∑9(221)晶界在温度为300K下具有最高氟离子电导率(3.68×10-3S/cm)；具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于k掺杂和晶界调控提升baf2氟离子电导率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于k掺杂和晶界调控提升baf2氟离子电导率的方法，其特征在于，所述步骤1中，对ba1-xkxf2-x(x＝0.03125,0.0625,0.09375,0.125,0.15625)进行结构筛选；然后计算ba1-xkxf2-x的形成能与k掺杂浓度(x)之间的关系，获得k掺杂浓度(x)对ba1-xkxf2-x稳定性的影响，从而筛选出其最优k掺杂原料；具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于k掺杂和晶界调控提升baf2氟离子电导率的方法，其特征在于，所述步骤2中，采用从头算分子动力学(aimd)方法计算并分析ba1-xkxf2-x在不同温度下的氟离子电导率与k掺杂浓度(x)之间的关联，设计了ba0.875k0.125f1.875，其具有最高氟离子电导率(温度为300k)；具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于k掺杂和晶界调控提升baf2氟离子电导率的方法，其特征在于，所述步骤3中，采用基于第一性原理方法的vasp软件计算ba0.875k0.125f1.875的能带结构，分析其电子导电性；具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的一...
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