Materials Studio在电池设计中的应用

电极材料

离子扩散模拟：可以模拟离子在材料中的扩散，获得离子扩散迁移路径、均方根位移，计算电导率。

理论容量：计算分子在特定材料或晶面的吸附能、吸附位、吸附量，从而计算理论容量。

结构转变模拟：模拟电极材料体积和结构在脱（嵌）离子时变化，分析结构稳定性和循环性。

相图计算：模拟材料相图，预测中间相、研究相转变、判断结构稳定性等。

界面模拟：模拟电极与电解液、添加剂或SEI膜等的界面相互作用，锂的枝晶生长及抑制机理、特定晶面的反应活性等。

材料改性模拟：模拟掺杂、缺陷、包覆等改性手段对材料性质的影响。

图3 Sb₂MoO₆中钾化与脱钾路径。

电解质材料

案例四：优化LiBF₄电解液用于TiO₂(B)负极钾离子电池

由于低温下锂离子电池的动力学反应较慢，因此提高锂离子电池的低温电化学性能是一个很大的挑战。为了提高锂离子电池中TiO₂(B)阳极的低温电化学性能，设计了一种优化的LiBF₄电解质配方。通过分子动力学模拟发现，优化配方时锂离子与溶剂的分离能是提高电化学性能的主要原因。

图5 (a) 锂离子在CPEG和PVC电解质中的配位环境。(b) CPEG和PVC电解质中Li-O的径向分布函数。(c) 锂离子在CPEG和PVC电解质中的迁移机理。

案例六：高供体数阴离子在贫电解液锂硫电池中的双功能

大量使用电解液是造成锂硫电池实际能量密度不高的主要原因之一。此外电解液在锂金属负极的大量分解也会导致容量衰减。但是硫正极在贫电解液情况下，又会极易钝化，导致活性物质利用率下降。将具有高供体数阴离子的锂盐LiNO₃，添加到锂硫电池电解质中，并在贫电解液条件下测试了电池性能，揭示了LiNO₃在贫电解液锂硫电池正负极反应中的双功能性。

图6 (a)、(b) 锂离子溶剂化结构示意图。(c)拉曼光谱。(d)径向分布函数。(e) x射线光电子能谱。