[发明专利]锂离子电池阴极材料的设计和改性方法

摘要

本发明中公开了一种电池电极材料的设计和改性方法。方法包括构建用于电池电极材料属性评估和筛选的第一性原理模型。方法还包括将第一性原理模型应用于电极材料的结构和成分改性。在一些实施方式中，方法包括利用计算和实验参数建立混合物理模型以预测电池单元循环行为。所述方法和模拟模型的优点在于：对于电池电极材料及其具有小的成分或结构变化的衍生物，同时考虑其原子结构和电池的物理结构。因此，可以改善针对具体应用需求的电池材料设计和改性的耗时和准确性。

主权项

一种用于电池装置的电极材料的设计和改性方法，所述方法包括组合了原子级模型和电池级模型的混合模型，并且包括下列步骤：1)针对电极材料的关于其成分和晶格结构的基本结构，基于第一原理密度泛函理论(DFT)或分子动力学，构建原子级模型；2)计算选自由以下参数构成的群组的一系列参数：至少一个晶格常数、锂层厚度、系统形成能差、晶格中的锂离子迁移能、锂离子扩散路径、晶格中的锂离子扩散率、锂离子电导率和比热容；3)将通过原子级模型计算的参数与包括结构稳定性、电压、容量、倍率性能和/或循环性能的电池性能关联；4)针对潜在的电池应用，基于在步骤2)和步骤3)中获得的原子级模型的结果，选择具有一定成分和结构的电极材料；5)针对选择的电极材料的电池单元，基于具有物理实体的类2维(P2D)模型或等效电路模型，建立电池级模型；6)通过模拟和比较通过电池级模型计算的单元充电和放电行为而对电极材料物理参数的重要性排定优先级；7)根据电池应用需求，在电池级模型中对重要的电极材料物理参数进行优化；8)基于在步骤6)中选择的电极材料物理参数，在原子级模型中进行成分改性和结构修饰；9)针对电极材料物理参数和电池性能，在原子级模型中优化所述改性；以及，10)获得最优的电极材料设计，以用于合成在步骤7)和步骤9)中优化的电极材料。