[發明專利]一種預測硅-石墨烯復合材料可逆容量模擬方法有效
| 申請號： | 201810979594.3 | 申請日： | 2018-08-27 |
| 公開（公告）號： | CN109145458B | 公開（公告）日： | 2023-04-07 |
| 發明（設計）人： | 廖寧波 | 申請（專利權）人： | 溫州大學 |
| 主分類號： | G06F30/20 | 分類號： | G06F30/20 |
| 代理公司： | 杭州萬合知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33294 | 代理人： | 余冬 |
| 地址： | 325035 浙江省溫州市甌海經濟*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 預測 石墨 復合材料 可逆 容量 模擬 方法 | ||
1.一種預測硅-石墨烯復合材料可逆容量模擬方法，其特征在于,按下述步驟進行：
①將硅和石墨烯加入模擬盒子建立硅-石墨烯復合材料的初始模型；
②對硅-石墨烯復合材料的初始模型進行嵌鋰；
③對嵌鋰后的硅-石墨烯復合材料體系進行最大理論鋰容量的計算；
④對嵌鋰后的硅-石墨烯復合材料體系進行可逆鋰容量的計算；
所述步驟③中，對嵌鋰后的硅-石墨烯復合材料體系進行最大理論鋰容量的計算按下述步驟進行：
1)按以下公式計算鋰含量為x時硅-石墨烯復合材料體系的形成能：
ΔfE＝Etotal(LixSi/Gra)-(x?Etotal(Li)+Etotal(Si/Gra))
其中Etotal(LixSi/Gra)值為幾何優化后Li含量為x的硅-石墨烯結構能量值除以該結構中硅原子數目，Etotal(Li)值為體心立方中單個Li原子的能量，Etotal(Si/Gra)值為幾何優化后硅-石墨烯結構能量值除以該結構中硅原子數目；
2)以0.1為鋰含量x的步長，計算不同鋰含量下硅-石墨烯復合材料體系的形成能：
隨著x不斷增大，當相鄰x的形成能之差小于5％，即確定初始模型中的嵌鋰數量達到飽和，此時嵌入的鋰原子個數對應硅-石墨烯復合材料體系的最大理論容量；
所述步驟④中，對嵌鋰后的硅-石墨烯復合材料體系進行可逆鋰容量的計算按下述步驟進行：
1)找出所有硅-石墨烯界面形成的Si-C鍵；
2)找出以上Si-C鍵周圍所有Li-Si以及Li-C的化學鍵，將這些化學鍵中的鋰原子定義為不可逆鋰原子；
3)將不可逆鋰原子減去后，利用剩余的鋰原子計算得到硅-石墨烯復合材料體系的可逆鋰容量。
2.根據權利要求1所述的預測硅-石墨烯復合材料可逆容量模擬方法，其特征在于，所述步驟①的建立方法是，
a.硅與石墨烯之間空隙層厚度為15埃，模擬盒子上方加入厚度為50埃的真空層，在三個方向均采用周期邊界條件；
b.用廣義梯度近似和Perdew-Burke-Ernzerhof泛函來描述吸附物與各種表面之間的相互作用；采用超軟贗勢方法描述電子與離子的相互作用；平面波的切斷能為380eV；幾何優化采用共軛梯度法，收斂標準設置為布里淵區采用3×3×3的K點網絡；
c.模擬盒子尺寸根據幾何優化計算進行確定。
3.根據權利要求1所述的預測硅-石墨烯復合材料可逆容量模擬方法，其特征在于：所述步驟②中的嵌鋰方法是將鋰原子逐個加入到初始模型空隙中。
4.根據權利要求3所述的預測硅-石墨烯復合材料可逆容量模擬方法，其特征在于，嵌鋰方法按下述步驟進行：
1)對于單晶硅，定義所插入鋰原子的位置與其他原子的按照幾何優化條件對嵌鋰后結構進行優化，并計算總能量；
2)對于硅與石墨烯的空隙，定義所插入鋰原子的位置與其他原子的照幾何優化條件對嵌鋰后結構進行優化，并計算總能量；
3)重復以上步驟，直至嵌鋰數量達到設定要求。
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