[发明专利]一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法

权利要求书

1.一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步分子力场的创建

有机溶剂、锂盐的GAFF分子力场通过以下参数化过程进行确定，具体如下：

1)使用Gaussian 09程序产生有机溶剂、锂盐的初始构象，然后在Hartree-Fock水平使用6-31G*优化有机分子的初始构象；

2)对于每个分子，在DFT水平(B3LYP/6-31G*)进行单点计算，并用RESP法计算分子内每个原子的初始电荷；

3)从AMBER分子力场中直接获取每个原子类型的范德华参数和成键参数；

4)对于每种类型的有机分子，使用PACKMOL程序将500个分子随机混合在一个立方体盒子中，然后对每种有机溶剂进行至少100ns的分子动力学模拟，从分子动力学模拟轨迹中随机选择100个不同构型的有机分子；每个构型分别以HF/3-21G*水平优化，以B3LYP/6-31G*水平确定电荷；对100种不同构象的原子电荷取平均，最终确定每个原子的RESP电荷；

5)将各个原子的RESP电荷乘以系数0.85，即得电荷q；

第二步全原子分子动力学模拟

1)将锂盐分别溶解到单一的有机溶剂中，制成锂盐浓度为1.0mol/L的有机电解液；

2)对所有有机电解液体系分别采用分子动力学模拟软件Gromacs-4.6.7对有机电解液进行分子动力学模拟，具体为分别均采用最陡下降法和共轭梯度法进行10000步能量最小化，然后将系统温度从0K逐渐加热到300K左右，在NPT系综、等温等压条件下进行了200ps的平衡模拟；

3)对所有有机电解液体系分别进行300ns的分子动力学模拟，根据分子动力学模拟轨迹，依次计算锂离子的均方位移、扩散系数、扩散能垒、扩散指前因子、电导率；

第三步量子力学计算

使用Gaussian 09计算有机溶剂的最高占据轨道HOMO和最低空轨道LUMO的能量，计算HOMO和LUMO间的能量差；

使用Gaussian-09软件在M05-2X/6-31+G**水平下对有机溶剂进行量子化学计算，并使用LC-ωPBE/6-31+G**水平，估计结果对DFT选择的依赖性，确定理论电化学稳定窗口电压。

2.如权利要求1所述一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法，其特征在于，所述成键参数为键拉伸势能、角弯曲势能、二面角项势能。

3.如权利要求1所述一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法，其特征在于，所述范德华相互作用采用使用Lennard-Jones势进行计算。

4.如权利要求1所述一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法，其特征在于，所述键拉伸和角弯曲势能项采用简谐函数进行计算。

5.如权利要求1所述一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法，其特征在于，所述二面角势能项采用余弦函数进行计算。

6.如权利要求1所述一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法，其特征在于，所述均方位移MSD的计算公式：其中r为粒子位移，N为粒子数，t为时间，t₀为初始时间。

7.如权利要求1所述一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法，其特征在于，所述扩散系数D的计算公式：

8.如权利要求1所述一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法，其特征在于，所述扩散系数扩散能垒E_a、扩散指前因子D₀的计算公式：其中k_b为化学平衡常数、T是温度。

9.如权利要求1所述一种高电导率、高电压电解液模拟构建分析方法，其特征在于，所述电导率σ的计算公式：σ＝n_LiDq²/kT，其中nLi代表Li⁺的浓度，D为扩散系数，q为Li⁺的电荷，k为玻尔兹曼常数，T为体系温度。