Lammps钠在硅电极中的运动特性研究(2)
（1）The stable configuration of sodium in silicon was simulated by DFT and multiscale calculation methods. The calculated results show that the stable position of sodium in silicon is at the central position (��) of the tetrahedral structure of silicon.（2）Calculate the binding energy of sodium at the �� site in the silicon and compare the results of the pure DFT to verify the accuracy of the multiscale method used in this paper.
（3）Simulate the diffusion path of sodium in silicon.
（4）Calculate the diffusion barrier value of sodium in silicon and compare it with DFT calculation results and experimental data. Draw the energy change curve and compare it with lithium.
Keywords:Na ion battery; Si anode; sports of Na; DFT; multiscale calculate method
目录
第一章绪论1
1.1引言1
1.2钠离子电池的发展及前景2
1.3钠离子电池电极材料的研究进展2
1.3.1正极材料2
1.3.2负极材料3
1.4钠离子电池硅基负极材料6
1.4.1硅材料复合化6
1.4.2硅纳米化7
第二章多尺度计算方法10
2.1多尺度计算方法的概述10
2.2多尺度计算方法的优点11
2.3QM/MM多尺度计算方法12
2.3.1QM区域设置13
2.3.2MM区域设置13
2.3.3QM/MM方法计算体系中原子的能量和受力14
2.3.4边界原子的处理16
2.4主要研究内容17
第三章Na在BulkSi中的稳定构型18
3.1建立模型和设置计算参数18
3.2Na在BulkSi中的稳定构型20
3.3小结23
第四章Na原子在BulkSi中的扩散特性24
4.1Na在Si中的扩散路径24
4.2Na在Si中的扩散势垒值254.3小结 27
结论28
致谢29
参考文献30
第一章绪论
1.1引言
近几年来，随着电子产品、电动工具等用电设备的高速发展，对储能材料的要求也随之变高，传统的锂离子电池广泛应用于各项领域，但与此同时面临着锂资源短缺的问题[1]。因此，研究新型的储能高、资源丰富、环境友好的电池材料是社会发展的重要条件。
研究发现，与锂离子电池相比，钠离子电池资源丰富并且成本低廉，天然钠资源是锂的1000多倍，广泛分布于地壳沉积和海水中[2]，在一定程度上可缓解因锂资源短缺而引发的电池发展受限问题。同时，钠离子电池具有安全性能高，可循环性能强的优点，成为当下研究的热点。钠离子电池负极材料的选取是决定电池容量的关键要素之一，研究表明，传统的负极材料石墨在钠电池中电化学性质较弱，所以新型的钠离子电池负极材料硅，成了目前开发研究的热点。
传统的钠离子电池由金属氧化物阳极和碳基阴极构成，工作原理如图11所示，充电时，钠离子从正极脱出，扩散到负极，同时，外电路将电子的补偿电荷提供给碳负极，使电荷保持平衡，而放电过程与之恰恰相反，充放电循环不同步。
图11钠离子电池工作原理示意图
Figure11Sodiumionbatteryworkingprinciplediagram
1.2钠离子电池的发展及前景
新兴电动交通工具和新能源发电推动了全球对存储能源的需求，作为锂离子电池的替代产品，钠离子电池拥有更节约的、可持续发展的前景。钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似，但成本低廉，且天然钠资源丰富，分布广泛，目前受到很大的关注[35]。在负极材料中，传统的材料石墨在钠电池中电化学性质较弱，未能有效插入钠离子。理论表明插入钠的最小层间距为0.37纳米，而石墨的层间距为0.34纳米[6]。使用钠合金金属材料理论比容量比碳高，但在充电和放电的过程中伴随着较大的体积变化，从而导致电极结构粉碎，影响电池的循环性能。在正极材料中，层状氧化物具有相对较高的理论容量和离子电导率，但循环性能较低。聚阴离子化合物稳定性好，但相对比较具有较低的导电性。