【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電極材料性質(zhì)計(jì)算，具體涉及一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法及裝置。
技術(shù)介紹
1、鋰電池在現(xiàn)代能源存儲(chǔ)設(shè)備中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，特別是在便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。正極材料作為鋰電池的核心組件之一，其設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)直接影響著電池的性能、壽命和安全性。為了開發(fā)高效的正極材料，計(jì)算機(jī)虛擬篩選和計(jì)算得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是采用第一性原理計(jì)算方法。這些計(jì)算方法基于量子力學(xué)的基本定律，無(wú)需依賴實(shí)驗(yàn)參數(shù)，從理論上精確預(yù)測(cè)材料的電子結(jié)構(gòu)和相關(guān)性質(zhì)。
2、目前，盡管第一性原理計(jì)算在材料科學(xué)研究中表現(xiàn)出色，但其應(yīng)用過(guò)程中存在一些局限性，尤其是自相互作用誤差（self-interaction?error,?sie）。這種誤差是由于電子在自相互作用下未能被完全抵消，導(dǎo)致電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。具體而言，自相互作用誤差會(huì)使得電子密度分布不準(zhǔn)確，影響到能級(jí)分布和帶隙的預(yù)測(cè)，進(jìn)而影響到材料的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和其他關(guān)鍵性質(zhì)。
3、因此，如何專利技術(shù)一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，能夠在計(jì)算過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整電子屏蔽勢(shì)，補(bǔ)償自相互作用誤差，提供更準(zhǔn)確的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算，成為亟需解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為此，本專利技術(shù)提供一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法及裝置，能夠在計(jì)算過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整電子屏蔽勢(shì)，以補(bǔ)償自相互作用誤差，從而提供更準(zhǔn)確的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算，同時(shí)能夠在不顯著增加計(jì)算量的前提下，顯著提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方
3、將初始晶胞結(jié)構(gòu)輸入設(shè)定計(jì)算軟件，通過(guò)設(shè)定優(yōu)化策略對(duì)所述初始晶胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型優(yōu)化；將優(yōu)化后的構(gòu)型進(jìn)行自洽計(jì)算處理，獲得基態(tài)波函數(shù)和軌道本征值；
4、根據(jù)所述軌道本征值及原子坐標(biāo)，設(shè)定初始電子屏蔽勢(shì)，并對(duì)kohn-sham軌道系數(shù)矩陣、重疊矩陣以及密度矩陣進(jìn)行初始化；
5、通過(guò)tensor計(jì)算策略，計(jì)算獲得求和后的占據(jù)矩陣；通過(guò)設(shè)定形式參數(shù)對(duì)所述初始電子屏蔽勢(shì)進(jìn)行二階線性微擾；通過(guò)代入若干所述設(shè)定形式參數(shù)值，進(jìn)行迭代計(jì)算，直至所述設(shè)定形式參數(shù)達(dá)到收斂限，停止迭代，獲取此時(shí)所述電子屏蔽勢(shì)及對(duì)應(yīng)點(diǎn)斜率；
6、當(dāng)完成所述二階線性微擾處理時(shí)，根據(jù)原子坐標(biāo)，計(jì)算獲得電子受力；
7、根據(jù)所述電子受力，通過(guò)設(shè)定計(jì)算策略，計(jì)算獲得正極材料的設(shè)定性能參數(shù)。
8、作為一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法的優(yōu)選方案，在通過(guò)設(shè)定計(jì)算策略，計(jì)算獲得正極材料的設(shè)定性能參數(shù)的過(guò)程中，設(shè)定性能參數(shù)的計(jì)算步驟為：
9、根據(jù)所述電子受力，進(jìn)行所述自洽計(jì)算處理，獲得分子軌道列表；根據(jù)所述分子軌道列表，計(jì)算獲得帶隙；
10、通過(guò)平衡放電速率計(jì)算策略，計(jì)算獲得設(shè)定電勢(shì)差下的平衡放電速率；將所述平衡放電速率進(jìn)行線性擬合，獲得最終平衡放電速率；
11、通過(guò)遷移率計(jì)算策略，計(jì)算獲得遷移率。
12、作為一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法的優(yōu)選方案，在通過(guò)所述tensor計(jì)算策略，計(jì)算獲得求和后的占據(jù)矩陣的過(guò)程中，所述tensor計(jì)算策略的表達(dá)式為：
13、；
14、式中，?為第 i條軌道基上的波函數(shù)構(gòu)成左矢；?為自旋\sigma對(duì)應(yīng)的密度算符；?為第 i條軌道基上的波函數(shù)構(gòu)成右矢；? ,?分別為自旋\sigma?和第 i條上的整體波函數(shù)；為第 m條軌道基上自旋的波函數(shù)構(gòu)成左矢；為第i個(gè)波函數(shù)中心上自旋的組合系數(shù)； m和 i表示波函數(shù)中心的位置坐標(biāo)。
15、作為一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法的優(yōu)選方案，在通過(guò)設(shè)定形式參數(shù)對(duì)所述初始電子屏蔽勢(shì)進(jìn)行二階線性微擾的過(guò)程中，所述二階線性微擾的表達(dá)式為：
16、；
17、式中，為軌道作用系數(shù)；為自旋算符； , ,c,d,e為部分占據(jù)數(shù)矩陣的行、列的位置標(biāo)號(hào)；為體系總能；為在軌道作用系數(shù)下的坐標(biāo)參數(shù)；為 p在第 i條波函數(shù)上的矩陣元；為q在第 i條波函數(shù)上的矩陣元；表示區(qū)分不同于σ的自旋；為偏導(dǎo)數(shù)符號(hào)；為 p在第 i條波函數(shù)上行、 f列上的值；為在軌道作用系數(shù)下的坐標(biāo)參數(shù)；為 p在第 i條波函數(shù)上行、 c列上的值；為在軌道作用系數(shù)下的坐標(biāo)參數(shù)；為 p在第 i條波函數(shù)上行、 e列上的值；為在軌道作用系數(shù)下的坐標(biāo)參數(shù)。
18、作為一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法的優(yōu)選方案，所述電子受力的計(jì)算公式為：
19、；
20、式中，為三維坐標(biāo)；為在坐標(biāo)下，為收斂限時(shí)形式參數(shù)值對(duì)應(yīng)下的晶胞受力；?為占據(jù)數(shù)重疊矩陣元；?為在p，q取值下的總能。
21、本專利技術(shù)還提供一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算裝置，基于以上一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，包括：
22、構(gòu)型優(yōu)化及自洽計(jì)算模塊，用于將初始晶胞結(jié)構(gòu)輸入設(shè)定計(jì)算軟件，通過(guò)設(shè)定優(yōu)化策略對(duì)所述初始晶胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型優(yōu)化；將優(yōu)化后的構(gòu)型進(jìn)行自洽計(jì)算處理，獲得基態(tài)波函數(shù)和軌道本征值；
23、矩陣初始化模塊，用于根據(jù)所述軌道本征值及原子坐標(biāo)，設(shè)定初始電子屏蔽勢(shì)，并對(duì)kohn-sham軌道系數(shù)矩陣、重疊矩陣以及密度矩陣進(jìn)行初始化；
24、二階線性微擾迭代計(jì)算模塊，用于通過(guò)tensor計(jì)算策略，計(jì)算獲得求和后的占據(jù)矩陣；通過(guò)設(shè)定形式參數(shù)對(duì)所述初始電子屏蔽勢(shì)進(jìn)行二階線性微擾；通過(guò)代入若干所述設(shè)定形式參數(shù)值，進(jìn)行迭代計(jì)算，直至所述設(shè)定形式參數(shù)達(dá)到收斂限，停止迭代，獲取此時(shí)所述電子屏蔽勢(shì)及對(duì)應(yīng)點(diǎn)斜率；
25、電子受力獲取模塊，用于當(dāng)完成所述二階線性微擾處理時(shí)，根據(jù)原子坐標(biāo)，計(jì)算獲得電子受力；
26、材料性能參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述電子受力，通過(guò)設(shè)定計(jì)算策略，計(jì)算獲得正極材料的設(shè)定性能參數(shù)。
27、作為一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算裝置的優(yōu)選方案，所述材料性能參數(shù)計(jì)算模塊中，計(jì)算子模塊包括：
28、帶隙計(jì)算子模塊，用于根據(jù)所述電子受力，進(jìn)行所述自洽計(jì)算處理，獲得分子軌道列表；根據(jù)所述分子軌道列表，計(jì)算獲得帶隙；
29、平衡放電速率計(jì)算子模塊，用于通過(guò)平衡放電速率計(jì)算策略，計(jì)算獲得設(shè)定電勢(shì)差下的平衡放電速率；將所述平衡放電速率進(jìn)行線性擬合，獲得最終平衡放電速率；
30、遷移率計(jì)算子模塊，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，在通過(guò)設(shè)定計(jì)算策略，計(jì)算獲得正極材料的設(shè)定性能參數(shù)的過(guò)程中，設(shè)定性能參數(shù)的計(jì)算步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，在通過(guò)所述tensor計(jì)算策略，計(jì)算獲得求和后的占據(jù)矩陣的過(guò)程中，所述tensor計(jì)算策略的表達(dá)式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，在通過(guò)設(shè)定形式參數(shù)對(duì)所述初始電子屏蔽勢(shì)進(jìn)行二階線性微擾的過(guò)程中，所述二階線性微擾的表達(dá)式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，所述電子受力的計(jì)算公式為：
6.一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算裝置，采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算裝置，其特征在于，所述材料性能參數(shù)計(jì)算模塊中，計(jì)算子模塊包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋰電池正
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算裝置，其特征在于，所述二階線性微擾迭代計(jì)算模塊中，在通過(guò)設(shè)定形式參數(shù)對(duì)所述初始電子屏蔽勢(shì)進(jìn)行二階線性微擾的過(guò)程中，所述二階線性微擾的表達(dá)式為：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算裝置，其特征在于，所述電子受力獲取模塊中，所述電子受力的計(jì)算公式為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，在通過(guò)設(shè)定計(jì)算策略，計(jì)算獲得正極材料的設(shè)定性能參數(shù)的過(guò)程中，設(shè)定性能參數(shù)的計(jì)算步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，在通過(guò)所述tensor計(jì)算策略，計(jì)算獲得求和后的占據(jù)矩陣的過(guò)程中，所述tensor計(jì)算策略的表達(dá)式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，在通過(guò)設(shè)定形式參數(shù)對(duì)所述初始電子屏蔽勢(shì)進(jìn)行二階線性微擾的過(guò)程中，所述二階線性微擾的表達(dá)式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算方法，其特征在于，所述電子受力的計(jì)算公式為：
6.一種鋰電池正極材料性質(zhì)計(jì)算裝置，采用權(quán)利要求...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：司如同，李中偉，柳彥宏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：煙臺(tái)國(guó)工智能科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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