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电池材料模拟与设计解决方案

可循环充放电的离子电池,尤其是锂离子电池是当前电动汽车等电子、电气领域使用最广泛的电池。电池中常见的材料有:正极材料、负极材料、电解质、隔膜和结合层。计算模拟方法可以有效预测并指导这些关键材料的设计研究,提升电池储能密度充放电性能和循环使用寿命。

在离子电池材料的设计中,将原子级别模拟方法与电池等效电路模型的结合可以获得具有实用价值的结果。材料的许多关键性的参数可以通过原子级别的计算模拟方法获得,并作为电池模型的重要输入参数。在原子级别上对离子电池进行计算模拟的问题复杂程度较高,诸如缺陷体系、离子扩散、分子离子、聚合物、复杂表界面、电场影响等,都为计算模拟方法和软件提出了挑战。

费米科技致力于为这些挑战提供可靠的解决方案,在高水平计算模拟方法层面上推动离子电池的研究。这些解决方案涵盖多种材料、模型、方法,其中不少模型和方法都具有独特性和创新性,特别适合研究离子电池材料这类复杂体系的性质。

正极材料

  • 专业的晶体、掺杂和缺陷结构建模工具
  • 研究离子占据和空位的能量和密度,模拟充放电电压和过程
  • 研究离子在材料中的扩散和迁移过程

负极材料

  • 研究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
  • 研究离子在材料中的扩散和迁移过程
  • 研究材料的导电和导热性能

离子迁移

  • 研究离子扩散势垒,计算离子迁移率,估算材料的离子电阻
  • 可以考虑在电场情况下的离子迁移
  • 更好的考虑化学环境变化对离子电荷的影响

电解质

  • 分子、离子、无定形材料建模工具
  • 包含用于常见电解质的新型力场与力场编辑工具
  • 研究离子的溶剂化结构和动力学
  • 从分子动力学结果得到振动光谱,理解分子间相互作用和液相中的溶剂化

聚合物

  • 构建真实的线性和交联聚合物体系模型
  • 构建聚合物共混、小分子(纳米粒子)嵌入、聚合物-无机材料界面等多种复杂模型
  • 研究聚合物材料的玻璃化转变、热-力学性质,导热性质等
  • 研究原子、离子、小分子在聚合物材料中的扩散

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
  • 构建固体电解质界面(SEI),使用分子动力学更快的研究界面结构

新型电池

  • 新的正极材料和机理
  • 使用分子动力学或蒙特卡洛方法研究离子电极结构,估算电池的充放电电压

材料数据库

  • 支持批量从 Materials Project 和 Crystallography Open Database 数据库中导入结构模型
  • 可定制化的材料数据库私有云框架,支持自建材料数据库

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