QuantumATK在电池材料模拟与设计中的应用

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概述

QuantumATK 包含 DFT、DFTB、ForceField 等尺度级别的原子级材料模拟方法和大量材料学模型构建和性质分析模块，特别适合分析如电池材料等复杂材料体系的性质。QuantumATK 在研究电池材料方面有如下功能特点：

材料模型与数据库
  • 晶体、缺陷、表面、界面等建模工具
  • 支持从 Materials Project 和 COD 数据库中导入结构模型
  • 材料数据库私有云框架，可以自建材料数据库
复杂材料模型
超大体系与电解质等复杂体系
  • 支持 MTP 机器学习力场，包含完整的力场训练、验证和使用的程序框架
  • 用于常见电解质的新型键合力场，可以定制电荷和进行原子类型分配
  • 在 GUI 中方便地调用键合力场，还可以将键合力场和常规力场结合使用
  • 图形用户界面提供力场编辑工具，可编辑力场所有项，方便的设置部分电荷，模拟静电相互作用
  • 从分子动力学得到振动光谱，理解分子间的相互作用和液相溶剂化
高效率高精度的第一性原理计算
表面性质研究工具
  • 独有的单电极表面模型
    • 特别适合研究表面吸附，以及在电场情况下的表面物理化学性质
  • 分子在表面吸附的高级建模工具
    • 快速定位吸附位点，创建指定覆盖度的吸附模型
  • 表面过程建模和热化学分析工具
    • 用于模拟电极表面上的反应
界面性质研究工具
  • 独有的双端无限界面模型
    • 特别适合研究界面体系的结构、电子态、导电以及动力学性质
  • 大规模固体电解质界面（SEI）模拟
    • 使用力场计算可以研究复杂的界面结构和动力学

 使用 QuantumATK 可以研究：

  • 正极材料
    • 研究离子占据和空位的能量和密度，预测电池电压
  • 负极材料
    • 离子插层和离子化过程
    • 估计材料的体积膨胀和结构稳定性
  • 离子迁移
    • 计算离子迁移率，可以考虑在电场情况下的离子迁移
    • 估算材料的离子电阻
  • 电解质
    • 研究离子溶剂化结构和动力学
  • 聚合物材料
  • 材料界面
    • 研究界面电子特性（能带结构、态密度）和离子特性（离子迁移）
    • 研究无机-无机材料界面、无机-聚合物界面性质
  • 新型电池的机理
    • 新的正极材料和机理

研究案例和发表文章

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