[发明专利]以磷烯作为负极材料的电池性能预测方法

说明书

本发明涉及一种以磷烯作为负极材料的电池性能预测方法。包括以下步骤：模型构建：确定电池负极材料的结构及相关稳定结构数据，确定碱金属原子在负极材料表面的不同吸附位；理论计算：进行碱金属原子在负极材料表面的吸附计算和迁移计算；结果分析：根据吸附计算结果，获得不同吸附位的吸附高度、吸附能和体系形变；根据迁移计算结果，获得各个过渡态的迁移激活能和各迁移路径的迁移激活能；电池性能预测：根据碱金属原子在负极材料表面的吸附能，并与碱金属原子自身结合能比较，得到电池的安全性数据；根据负极材料吸附碱金属原子后体系的形变，得到电池的循环寿命数据；根据碱金属原子在负极材料表面的迁移活化能，得到电池的功率密度数据。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种以磷烯作为负极材料的电池性能预测方法。

背景技术

19世纪80年代，锂离子电池被研发出来，并商品化投入市场使用，由于锂离子电池一系列优异的性能，迅速占领了储能器件领域。目前，锂离子电池是现代储能领域主要使用的储能器件。然而，锂元素在自然界中的储量较少、分布不均、且价格昂贵，这些均阻止了锂离子电池向大型化方向发展。此外，商业化锂离子电池的负极材料大多是石墨，基于石墨有限的储锂能力(372mAh/g)，锂离子电池比容量的进一步提高受到了限制。

此外，伴随着电池系统空前的发展和极为广阔的应用，电池系统的性能预测问题是电池系统最为关键的问题之一。电池性能预测是一个较抽象的概念，是相对于新电池，确定的一个数值，电池性能预测是通过SOF(State Of Function功能状态)这个参数评价电池性能地好坏。影响电池性能的因素和评价标准很多，而且这些因素之间有一定的关联性，因此，需要正确地定义评价和检测电池性能的方法。传统的检测电池性能的方法是通过电池脉冲充放电实验，获取电池的循环次数与寿命的关系，然后根据电池已使用的充放电次数，推断电池剩余的循环次数，这种方法虽在一定程度上能预测电池的性能，但由于不是以电池的关键参数作为预测电池性能的主要依据，且预测过程步骤繁琐，且预测结果误差较大。

影响电池性能的因素繁多，因此，提供一种简单而又快速地预测电池性能的方法意义重大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种以磷烯作为负极材料的电池性能预测方法。相比现有技术，本发明提供的预测方法具有以下优点：(一)本发明方法计算快速、结果准确，不仅可以验证与解析实验结果，而且可以对电池的开发与研究提供直接的理论指导。(二)该方法不需要大量的实验材料和仪器，具有低成本、高效率、无污染的优点，节省了人力、物力和财力，能够促进电池的快速发展。(三)本发明可以预测出材料作为碱金属电池负极的电池性能，理论指导实践，促进新型电池负极材料的开发。

为此，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种电池性能的预测方法，包括以下步骤：构建电池负极材料结构模型，得到负极材料的稳定结构数据；之后构建负极材料吸附碱金属原子模型，进行碱金属原子在负极材料表面的吸附计算和迁移计算，进而预测电池性能。

在本发明的进一步实施方式中，预测方法具体包括下述步骤：模型构建：确定电池负极材料的结构及相关稳定结构数据，确定碱金属原子在负极材料表面的不同吸附位；理论计算：进行碱金属原子在负极材料表面的吸附计算和迁移计算；结果分析：根据吸附计算结果，获得不同吸附位的吸附高度、吸附能和体系形变；根据迁移计算结果，获得各个过渡态的迁移激活能和各迁移路径的迁移激活能；电池性能预测：根据碱金属原子在负极材料表面的吸附能，并与碱金属原子自身结合能比较，得到电池的安全性数据；根据负极材料吸附碱金属原子后体系的形变，得到电池的循环寿命数据；根据碱金属原子在负极材料表面的迁移活化能，得到电池的功率密度数据。

在本发明的进一步实施方式中，碱金属原子包括锂原子、钠原子和钾原子中的一种或多种。

在本发明的进一步实施方式中，负极材料选用磷烯。