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Materials Studio鋰電、鈉電正負極材料計算專題培訓它來啦！

? 計算 ? 閱讀 93
本次課程為的鋰電、鈉電正負極材料計算專題，基于CASTEP, ?Dmol3模塊設計，專門講解正、負極材料計算研究（另一部分為電解液/固態電解質的設計）。
課程內容：包括電壓曲線、克容量、離子遷移、過渡態、復合材料、姜泰勒效應、陰陽離子氧化還原、離子吸附分析、磁性等內容，重現案例來自PRB、Advanced Materials等期刊。
Materials Studio軟件簡單易用，上手很快，MS電池計算課程經過三年打磨，內容更加緊湊實用，學習性價比極高，培訓班往期學員已經哐哐發頂刊啦！
培訓形式：線上課程、隨報隨學、無限回看、提供腳本、課后免費超算練習賬號、課程群永不解散、永久答疑！
報名方式：添加下方微信好友報名，或者聯系手機136-0961-7837。
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講師介紹

楊老師：華算科技全職技術資深專家，擁有13年以上Materials Studio軟件使用經驗。曾就職于德國馬克思普朗克研究所，日本WPI研究所，并曾在芬蘭阿爾托大學進行長期訪問，作為PI主持歐盟與日本科研項目各2項，日本高校科研項目2項。
主要從事固態相變的第一性原理研究、電化學固液界面的AIMD研究與超分子化學中的分子動力學模擬。

課程亮點

Materials Studio作為橫跨多個尺度的材料計算模擬軟件，在電池材料研究方面具有天然的優勢，電池材料包括正負電極與電解液，其分子水平的設計同時需要量子力學與分子力學兩大類方法，而MS的眾多計算模塊恰能滿足此要求。
Materials Studio強大的建模功能和可視化界面對初學者極其友好，使初學者即便對于復雜的電化學計算也能夠手到擒來。
此外，楊老師已在服務器上將網關打通，使DFT計算變得“一鍵即成”，免去了與Linux系統打交道的麻煩。
??DFT手段+理論有效結合：從本質上解釋材料改性機理，使文章再上一個臺階。
??MS網關形式交作業：Linux入門門檻不再存在！Windows版本建模+參數設置，Linux節點并行自動完成計算任務。
??直擊鋰電、鈉電中正、負極材料研究熱點：電位、容量、離子遷移、過渡態、姜泰勒效應、陰陽離子氧化還原等。

課表一覽

Materials Studio鋰電、鈉電正負極材料計算專題培訓它來啦！

課程內容

01

電池反應中的基本概念

MS楊站長系列課程

??二次電池的核心指標與發展趨勢?
??二次電池的基本原理?
??離子的選擇，商業化的電極材料常見結構如LiCoO2與LiFePO4?
??離子儲存機制：插入，合金，轉換?
??正負極/電解液的分子模擬手段
本章將帶大家了解二次電池中所需提高的性能以及其所對應的模擬方法。同時也將介紹二次電池充電、放電可逆反應中的復雜性、基本原理及離子儲存機制，以及商用正負極材料的常見結構，使大家從整體上對電池中的反應所涉及的機制有所了解。
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02

密度泛函理論DFT、磁性與姜泰勒效應

MS楊站長系列課程（理論部分）

??DFT基本理論，缺陷，電子自洽循環?
??鐵磁、反鐵磁、亞鐵磁的分類?
??晶體場劈裂
??姜泰勒效應
本章介紹分子模擬中量子力學密度泛函理論方法的基本理論框架。此外，也將介紹含有未成對電子的體系該如何設置自旋，磁性體系如何設置每個原子的磁矩。
過渡金屬原子的磁矩可通過晶體場劈裂與姜泰勒效應來解釋，本章也將為大家講解這兩個理論。
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03

磁矩的設置、磁矩大小的影響因素

MS楊站長系列課程（理論+實操）

??如何在mp網站上查晶體結構的磁矩?
??磁性體系原子磁矩設置?
??如何確定結構中的磁性?
??磁矩對結構對稱性的影響
??影響磁矩的因素
本章為大家介紹如何設置磁性體系中每個過渡金屬原子的磁矩。操作上并不難，難的是如何找到該體系磁學基態。
后者可通過兩種方法解決：一是算出所有磁矩排布配置的能量，二是通過文獻或數據庫去查找別人算出的結果。這兩種方法都將在本章中講解。
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04

MS在服務器端作業提交

MS楊站長系列課程（實操部分）

? Easyconnect的安裝與連接?
? 客戶端的網關設置，網關形式交作業?
? SSH的安裝與連接
? 向服務器的文件傳輸，獨立模式交作業
但凡能夠發文章的數據一定是通過服務器算得的，個人電腦雖可做測試但其算力難以滿足需求。學完這部分知識，能夠掌握用SSH往服務器上傳文件、交作業的方法。
并且，本章也會為大家講解實現“一鍵交作業”及與服務器間自動通訊的設置方法，以消除與Linux系統溝通的障礙。
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05

磁性體系的電子結構性質計算

MS楊站長系列課程（實操部分）

??電子結構計算設置?
??能帶、PDOS分析?
??電子密度、自旋密度分析、原子磁矩布居分析?
??自旋密度在Vesta中的顯示?
??自旋密度切片?
??LiCoO2的原子磁矩設置與磁性判斷
磁性計算主要包括總磁矩、原子磁矩、自旋密度、自旋極化的能帶與態密度幾種方法，本章將從這幾個方面出發，手把手帶大家對這些數據進行可視化，包括圖表、立體圖與二維切片圖，以尖晶石體系與層狀LiCoO2為例，教大家分析其磁學性質。
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06

DFT+U方法

MS楊站長系列課程（實操）

??強關聯作用的經驗性修正?
??U值的物理意義及獲得?
??+U對能帶結構、態密度、磁矩的影響?
??軌道與PDOS聯合分析 ?
??軌道相互作用分析
采用LDA、GGA交換關聯泛函無法準確處理強關聯體系的電子結構，因此需要DFT+U經驗在位庫倫校正來計算含Ni/Co/Mn/Fe等元素的正極材料體系。
本章將帶大家了解U值的設置方法，講解+U與否對能帶、態密度、軌道的影響。
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07

鋰電負極電壓曲線與儲鋰容量1

MS楊站長系列課程（實操）

??正極離子脫出、負極離子嵌入過程中電位變化曲線的微觀解釋，階的形成?
??負極Li嵌入過程建模?
??嵌入結構最低能量構型 ?
??通過腳本構建較大摻雜構型與嵌入構型
電池中每一個鋰離子脫出與嵌入過程都可以看作為一個小的化學反應，因此可以用反應熱力學與動力學來研究。本章將帶大家從反應熱力學上理解電位曲線。
另外，本章將從MS及其它免費數據庫中的體塊結構入手，手把手帶大家進行單層結構的建模操作，以及構建Li的吸附、嵌入模型，并講解通過腳本的方式自動構建較大摻雜構型與嵌入構型。
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08

鋰電負極電壓曲線與儲鋰容量2

MS楊站長系列課程（實操）

??多個Li吸附的能量最低構型?
??充電過程電壓曲線求解與作圖?
??儲鋰克容量的計算方法?
??常見正負極材料的儲鋰克容量
本章將為大家介紹Li嵌入摻雜石墨烯過程中的電位變化曲線計算方法，包括多個Li吸附的構型與電壓曲線求解過程。
同時也將為大家講解通過吸附能、結合能或電壓曲線判斷鋰離子的容量，并給出常見正負極材料的儲鋰克容量。
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09

鋰電正極材料電壓曲線與儲鋰容量

MS楊站長系列課程（實操）

??通過腳本構建多個Li離子空位的LiFePO4構型?
??LiFePO4磁性體系的計算設置，如何加速電子步收斂
??LiFePO4脫鋰過程Fe價態及磁矩的變化?
??LiFePO4脫鋰過程電壓曲線求解與作圖 ?
??儲鋰容量的確定與混合焓的計算
本章將帶大家通過腳本實現鋰離子脫出結構的建模，并介紹解決正極材料計算中普遍存在的電子自洽循環不收斂的的方法。
也將為大家介紹脫鋰過程中過渡金屬陽離子氧化還原、價態變化的研究方法。最后將為大家講解正極材料脫鋰過程的電位變化曲線的求解方法。
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10

鈉電正極電壓曲線與儲鋰容量

MS楊站長系列課程（實操）

??鈉離子電池正極材料的常見結構?
??正極材料的空間群及對稱要素?
??鈉離子摻雜取代位點的Wyckoff符號?
??通過腳本構建摻雜構型、鈉離子脫出構型?
??儲鈉容量的確定
鈉離子電池正極材料的研究手段與鋰電池類似，都要根據空間群中的Wyckoff符號來確定脫出Na+離子在對稱性上的非等價位置。當脫出離子大于兩個時，人工判斷脫出位置工作量很大，所以需要借助腳本來構建離子脫出構型。
本章將手把手帶大家進行經典電池文獻中模型的重現，為大家講解腳本的使用方法及其背后的晶體學原理。
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11

負極材料中的離子遷移勢壘

MS楊站長系列課程（實操）

??鋰離子的遷移路徑?
??過渡態的意義與理論?
??反應物、生成物、反應路徑的構建?
??勢壘、激活能計算?
??過渡態的頻率驗證?
??過渡態的反應路徑圖?
電池的倍率性能部分決定于離子在電極材料中的擴散難易程度。手把手帶大家進行反應路徑創建，負極材料中離子遷移中的過渡態搜索、確認、虛頻消除與優化，并進一步評估摻雜、空位對離子遷移以及倍率性能的影響。
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12

正極材料中的離子遷移勢壘

MS楊站長系列課程（實操）

??正極材料中的離子遷移瓶頸?
??常見正極材料的U值?
??不同方向反應路徑的構建?
??勢壘、激活能計算、過渡態能量圖?
??過渡態確認與反應路徑圖
本章將為大家講解正極材料鋰離子遷移的過渡態搜索研究方法，將設計不同遷移路徑，從遷移瓶頸出發分析遷移勢壘的高低。并給出多種正極材料DFT+U計算中的U值。
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13

鈉離子脫出過程的電子結構分析

MS楊站長系列課程（實操）

??鈉離子脫出過程電子結構計算設置?
??通過PDOS分析O與過渡金屬元素的電子得失?
??通過布居比較O與過渡金屬元素的價態變化?
??通過軌道分陰離子氧化還原（O2-/O-）與脫出過程中的電荷補償?
電子結構分析是研究正極材料性能的利器，通過電子分析可以推導容量、電位、倍率變化的根源。
本章將帶大家重現Advanced Materials 上一篇文獻的工作，用PDOS結合布居、軌道手段來分析過渡金屬陽離子、O陰離子的電荷態變化，解釋鈉離子電池正極材料電壓性能改善背后的機制。
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14

Li在電極表面吸附的電子結構分析

MS楊站長系列課程（實操）

??電極材料摻雜后的差分電荷密度立體圖與二維切片分析?
??用DMol3計算吸附Li前后的差分電荷密度?
??吸附Li前后的差分電荷密度立體圖與二維切片分析?
??原子得失電子的布居分析?
??Li與電極表面成鍵強度變化的COHP、PDOS分析
Li離子在電極表面吸附也需要從電子結構來入手。本章將帶大家采用差分電荷密度的立體圖與二維切片圖、電荷布居及晶體軌道重疊布居手段來分析Li與電極表面的相互作用，進而給出摻雜后Li吸附加強的本質原因。
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15

復合材料對鋰離子遷移影響的電子結構分析

MS楊站長系列課程（實操）

??科學問題的提出?
??異質結構的構建及注意事項?
??異質結構的靜電勢、內建電場分析 ?
??異質結構的差分電荷密度、電荷耗盡層與積累層分析
??界面間嵌入Li的差分電荷密度與布居分析
本章將講解復合電極材料的異質結構對于電池性能的影響。并且，將帶大家通過靜電勢、功函數、立體與切片差分電荷密度、布居分析手段來解釋復合之后倍率性能改善的原因。
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報名方式

主辦單位：深圳華算科技有限公司（擁有VASP、Materials Studio、Gaussian商業版權）
深圳浦華系統技術有限公司（Materials Studio官方代理）
課程時間：22小時線上課程
培訓形式：錄播課程，提供回放視頻，課程群永不解散，隨時提問，及時解答。
課程費用：2980元。名額有限，欲報從速！提供增值稅普通發票及邀請函。與，同時報名優惠更多哦！

原創文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/11/17/acf1f92dcd/

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