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深圳超算支持突破高性能新型电池材料创新

2022-03-10 03:24

电池材料设计,是高性能计算的重要新兴应用领域。用理论计算分析指导筛选合适的电极材料,预测电极材料的电化学性能,可以大大节约时间和成本提升研发效率、改进材料质量。

国家超算深圳中心联合中南大学、瑞士联邦材料科学与技术研究所、厦门大学等,利用超算技术,针对电池化学稳定性不足、寿命短、能量密度较低等问题,研制了一种新型电池材料,实验表明,电池的功率性能和循环稳定性,得到显著提高。相关成果In situ inorganic conductive network formation in high-voltage single-crystal Ni-rich cathodes》已发表在《自然通讯》杂志。国家超算深圳中心李扬中博士为该文共同作者,他承担了高性能计算方面的工作。

近年来,新能源汽车市场蓬勃发展,电动汽车以及固定电池系统大规模部署,对高性能新型电池的需求日益增加。但是,电池多次充放后容量会渐渐下降,同时还存在电池化学稳定性不足、寿命短、能量密度较低等问题。针对此问题,国内外多个知名高校以及研究机构都在进行探索和突破。

研究通过第一性原理计算,采用迭代算法得到材料结构电子的波函数,并在此基础上生成电子状态密度分布和掺杂前后的密度差分图(图1)。结果表明Li1.4Y0.4Ti1.6(PO4)3LYTP)离子/电子传导网络与LiNi0.88Co0.09Mn0.03O2SC-NCM88)单晶晶粒连接后可以促进SC-NCM88粒子之间的锂离子传输,减轻机械不稳定性并防止有害的晶体相变,进而显著提高SC-NCM88正极的功率性能和循环稳定性。进一步研究表明,当含LYTPSC-NCM88的正极与锂金属负极结合时,该电池在25°C2.75-4.4V范围内以5C倍率循环500次后还能在纽扣电池中保持130mAh/g容量。

1LYTPSC-NCM88的电子状态密度图和二维电荷差分图

原文详见:https://doi.org/10.1038/s41467-021-25611-6

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