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申请/专利权人：湘潭大学

摘要：本发明公开了一种评价氢键物质和Zn2+对层状正极材料性能影响的方法，采用双层正极材料模型以专注研究含氢键物质和锌离子的插层行为，以层状的钒基正极材料VxOy为例，模拟了多种含氢键物质与锌离子在双层VxOy中的插层行为，从稳定形成能、理论电压和晶胞体积变化研究了氢键物质与锌离子插层VxOy的结构稳定性；此外，从态密度、差分电荷密度、能带结构研究了氢键物质与锌离子插层VxOy的电子结构；最后，从锌离子的扩散能垒研究了插层氢键物质对锌离子扩散难易程度的影响，从而揭示了含氢键物质与锌离子对VxOy正极材料性能影响的本质。

主权项：1.一种评价氢键物质和Zn2+对层状正极材料性能影响的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：构建并优化双层VxOy模型：1构建双层VxOy模型：根据化学计量结构生成所需密勒指数面的双层VxOy模型，在层之间设置相同距离的真空区域；2优化双层VxOy模型：采取所有原子位置及晶胞尺寸均可变化进行优化，层间通过范德华力相互作用连接，收敛标准设置为体系结构能量变化≤1.3×10-4eV；开始计算直到其整体能量达到预设能量收敛标准时，所得结构即为优化后的双层VxOy模型；步骤2：构建与优化含氢键物质和锌离子共插层VxOy模型：1构建共插层模型：基于步骤1构建的双层VxOy模型，构建氢键物质和Zn2+插层的VxOy模型；其中，VxOy双层包含两个VxOy单层，层间距离设置为相同距离，设置插层物质置于上层VxOy上方；2优化共插层模型：采用步骤1中2优化双层VxOy模型的方法对构建的共插层模型进行优化，获得优化后的稳定共插层结构；3性能分析：a、形成能计算：对插层模型中各种含氢键物质进行形成能计算，从而比较不同含氢键物质插层VxOy层间的难易程度；b、体积变化计算：对不同含氢键物质和Zn2+的共插层模型进行绝对体积差和相对体积差计算，比较含氢键物质和锌离子插层VxOy正极材料引起的体积变化，评估各种插层的结构稳定性；c、理论电压计算：对各插层模型中Zn的理论电压进行计算，通过比较平均电压值及随插层物质和数量的变化来评估各种插层的电压状况；d、电子性质计算：计算不同插层情况时各个结构的能带、态密度和差分电荷密度，分析带隙大小和电子密度分布，确定含氢键物质插层层状正极材料引起的电子结构改变；步骤3：构建与优化VxOy层间Zn2+扩散过渡态模型：1构建锌离子扩散超胞模型：采用步骤1获得的优化后的双层VxOy模型，将双层VxOy双城结构沿α轴方向扩展成为2×1×1的超胞结构，在层间插层单个锌离子和含氢键物质，形成扩散超胞模型，以模拟Zn2+从一个周期单元扩散至另一周期单元相同位置的情况；2优化Zn2+扩散超胞模型：采用步骤1中2优化双层VxOy模型的方法对构建的扩散超胞模型进行优化，能量收敛标准≤1.3×10-3eV，以获得优化后的稳定过渡态结构；3扩散能垒计算：对不同插层模型进行Zn2+过渡态的计算，比较各模型中的Zn2+迁移能垒，以确定最易扩散的插层结构。

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