[发明专利]一种预测硅-石墨烯复合材料可逆容量模拟方法

权利要求书

1.一种预测硅-石墨烯复合材料可逆容量模拟方法，其特征在于,按下述步骤进行：

①将硅和石墨烯加入模拟盒子建立硅-石墨烯复合材料的初始模型；

②对硅-石墨烯复合材料的初始模型进行嵌锂；

③对嵌锂后的硅-石墨烯复合材料体系进行最大理论锂容量的计算；

④对嵌锂后的硅-石墨烯复合材料体系进行可逆锂容量的计算；

所述步骤③中，对嵌锂后的硅-石墨烯复合材料体系进行最大理论锂容量的计算按下述步骤进行：

1)按以下公式计算锂含量为x时硅-石墨烯复合材料体系的形成能：

Δ_fE＝E_total(Li_xSi/Gra)-(x E_total(Li)+E_total(Si/Gra))

其中E_total(Li_xSi/Gra)值为几何优化后Li含量为x的硅-石墨烯结构能量值除以该结构中硅原子数目，E_total(Li)值为体心立方中单个Li原子的能量，E_total(Si/Gra)值为几何优化后硅-石墨烯结构能量值除以该结构中硅原子数目；

2)以0.1为锂含量x的步长，计算不同锂含量下硅-石墨烯复合材料体系的形成能：

随着x不断增大，当相邻x的形成能之差小于5％，即确定初始模型中的嵌锂数量达到饱和，此时嵌入的锂原子个数对应硅-石墨烯复合材料体系的最大理论容量；

所述步骤④中，对嵌锂后的硅-石墨烯复合材料体系进行可逆锂容量的计算按下述步骤进行：

1)找出所有硅-石墨烯界面形成的Si-C键；

2)找出以上Si-C键周围所有Li-Si以及Li-C的化学键，将这些化学键中的锂原子定义为不可逆锂原子；

3)将不可逆锂原子减去后，利用剩余的锂原子计算得到硅-石墨烯复合材料体系的可逆锂容量。

2.根据权利要求1所述的预测硅-石墨烯复合材料可逆容量模拟方法，其特征在于，所述步骤①的建立方法是，

a.硅与石墨烯之间空隙层厚度为15埃，模拟盒子上方加入厚度为50埃的真空层，在三个方向均采用周期边界条件；

b.用广义梯度近似和Perdew-Burke-Ernzerhof泛函来描述吸附物与各种表面之间的相互作用；采用超软赝势方法描述电子与离子的相互作用；平面波的切断能为380eV；几何优化采用共轭梯度法，收敛标准设置为布里渊区采用3×3×3的K点网络；

c.模拟盒子尺寸根据几何优化计算进行确定。

3.根据权利要求1所述的预测硅-石墨烯复合材料可逆容量模拟方法，其特征在于：所述步骤②中的嵌锂方法是将锂原子逐个加入到初始模型空隙中。

4.根据权利要求3所述的预测硅-石墨烯复合材料可逆容量模拟方法，其特征在于，嵌锂方法按下述步骤进行：

1)对于单晶硅，定义所插入锂原子的位置与其他原子的按照几何优化条件对嵌锂后结构进行优化，并计算总能量；

2)对于硅与石墨烯的空隙，定义所插入锂原子的位置与其他原子的照几何优化条件对嵌锂后结构进行优化，并计算总能量；

3)重复以上步骤，直至嵌锂数量达到设定要求。