實施效果

來源：計算模擬平臺

利用Materials Studio分子模擬平臺，調用各種模擬方法，如量子力學方法、分子力學和動力學方法、蒙特卡洛方法等，對電極材料的儲鋰容量、嵌鋰電位、電子導電性能、鋰離子擴散、脫嵌鋰過程中的體積和結構變化、電化學窗口寬度、結構穩定性等指標進行計算，從而幫助研發人員可按預定目標去設計和發現更優的新材料體系，指導實現合成。形成不斷深入的研究和開發，終開發出能量密度更高、安全性能更好、充放電速度快的高性能鋰電池材料。

方案詳情

研發目標：提高電池的充放電效率

1、MS模擬正負極材料中鋰離子的擴散能壘

擴散能壘越低的材料，擴散速率越大，則相應的倍率性能則越高，充電越快

圖中(a)-(d)為LiFePO4 及摻雜Mn、 Co、La的擴散能壘研究。

模擬結果表明，摻雜Co和La能降低鋰離子的擴散能壘，且摻雜La的效果優于Co。

模擬為實驗正極材料合成中選擇合適的摻雜元素指明方向

2、MS模擬鋰離子的動態擴散過程及擴散系數

擴散系數越高的材料，擴散速率越大，則相應的倍率性能則越高，充電越快

3、MS模擬電子電導

材料的離子電導率和電子電導率共同影響著材料的倍率性能，能帶結構的帶隙越小，電子由價帶被激發到導帶越容易，本征載流子濃度就越高，電導率也就越高。

研發目標：提高電池的容量，無“里程焦慮”

1、MS模擬嵌鋰電壓

提升鋰離子電池的工作電壓是增大電池能量密度的重要途徑之一

2、MS模擬能量密度（質量能量密度和體積能量密度）

3、MS模擬電解質“電化學窗口”

電化學窗口是衡量電解質穩定性的一個重要指標，較寬的電化學窗口可使電解質在較寬的電壓范圍內保持電化學性能穩定。

MS模擬LiFePO4和LiMnPO4的晶胞參數和嵌鋰電壓及與實驗結果的對比

電化學窗口為LUMO和HOMO軌道能級差。MS支持直接計算得到LUMO和HOMO能級

研發目標：電池無安全隱患，使用壽命長

1、MS模擬正負極材料嵌鋰脫鋰過程的結構變化

脫鋰嵌鋰過程結構變化更小的體系，有利于能量存儲和釋放過程中的化學穩定性，電池壽命更長

2、MS模擬生成焓、吉布斯生成能

生成焓和吉布斯生成能數值越低則熱力學穩定性越好，壽命更長

3、MS模擬力學性能參數：體模量、剪切模量、楊氏模量、泊松比和硬度

力學性能越好，電池壽命更長。