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事例紹介

Exabyte.io

電池

NEB法によるリチウムイオン電池の正極材料内のリチウム拡散反応解析

概要

リチウムイオン二次電池の正極材料であるLiCoO2を採用してNEB法によるLiイオン拡散現象の解析を行うことにより、拡散過程におけるLiイオンの活性化エネルギーや構造変化を解析しました。

計算モデル

Exabyte.ioのオンラインデータベース検索機能を使い、LiCoO2の構造をインポートしてモデルを作成しました。

計算モデル

Exabyte.ioのモデリング機能を使い、3 x 3 x 3 のスーパーセル(原子数:108)を作成しました。格子定数には、ユニットセルの格子定数最適化で求めた値を用いました。

計算モデル
計算条件:
第一原理計算ソフト Quantum ESPRESSO
交換相関汎関数 GGA-PBE
波動関数 カットオフ 40 Ry
チャージ カットオフ 200 Ry
k点分割 3 x 3 x 3
収束閾値 10^-6 Ry

擬ポテンシャルには、Exabyte.ioがデフォルト設定しているものを用いました。

計算モデル
計算結果:

QEを用いたNEB法でのLi拡散の経路を 図1 に、エネルギー曲線を 図2 に示します。活性化エネルギーは0.64 eVとなりました。

図1 NEB 法における Li 拡散の経路 図1 NEB 法における Li 拡散の経路
図2 NEB 法における Li 拡散の活性化エネルギー 図2 NEB 法における Li 拡散の活性化エネルギー