基于 DFT 的锂 - 石墨相图高保真稳健研究
材料科学
2019-01-18 v2 化学物理
摘要
石墨是锂离子电池中应用最广泛且研究最深入的负极材料之一。随着对锂电池在更低温度和更高电流下运行需求的增加，由于锂析出相关问题，理解锂在石墨中的嵌入至关重要。锂在石墨中的嵌入已通过密度泛函理论 (DFT) 计算进行了广泛的理论研究，并辅以 X 射线衍射、光谱学、光学成像等技术的实验研究。在本工作中，我们提出了一种基于第一性原理的模型，该模型使用 DFT 计算，采用 BEEF-vdW 作为交换关联泛函，并结合 Ising 模型来确定相变，进而得到热力学嵌入电位图。我们通过精确确定 Ising 模型的重要相互作用，探索了约 10 亿个结构的构型相空间。所采用的 BEEF-vdW 交换关联泛函能够准确捕捉包括范德华 (vdW)、共价和离子相互作用在内的一系列相互作用。我们引入了有限温度下的声子贡献和构型熵，以获得高精度的自由能和电位。我们利用 BEEF-vdW 交换关联泛函内置的误差估计能力，开发了一种方法论框架，用于确定与 DFT 计算的相图和嵌入电位相关的不确定性。该框架还能确定每个预测稳定相的置信度。相的置信度值有助于我们准确识别固溶体区域和相变区域。
引用
@article{arxiv.1607.05658,
title = {Robust high-fidelity DFT study of the lithium-graphite phase diagram},
author = {Vikram Pande and Venkatasubramanian Viswanathan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.05658},
year = {2019}
}
备注
11 pages, 7 figures, 5 pages of Supporting Information