【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电解液电化学性能的预测方法，属于化合物的化学性能预测领域。
技术介绍
1、新能源电池，由于安全性能好、比能量较高、储能密度高、使用寿命长等优势成为了各大企业重点关注的研究对象。近几年来，为了使电池的发展进一步产业化，相关企业投入重资建设自身的生产研发基地并开展深度挖掘。鉴于人们对锂离子电池的要求不断提高，开发出具有较低内阻以及较高动力学性能的锂离子电池成为当务之急。
2、电解液被称为“锂电池的血液”，主要由有机溶剂、锂盐和添加剂组成。有机电解液是连接正负电极的桥梁，在锂离子电容器内部起着传输离子的作用，会直接影响电池的循环寿命、安全性能、能量密度和高低温性能。通常，用于非水系电解液电池的电解液主要由电解质和非水溶剂构成。
3、目前，对于电解液电化学性能研究的开发周期较长、观测尺度较为宏观，而且制备、测试、观测的成本较高，难以满足研发需求，而使用理论计算对电解液进行模拟研究成为一种便捷、有效的研究手段。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种电解液电化学性能的预测方法，以解决现有技术中对于电解液电化学性能的研究周期较长的的问题。
2、为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种电解液电化学性能的预测方法，所述电解液由电解质和溶剂组成，包括以下步骤：
4、(1)模型构建：构建电解质的阴离子、阳离子、单分子溶剂以及电解质溶剂化的络合物的初始构型；
5、(2)结构优化：优化初始构型的结构
6、(3)单点计算：对结构优化后的构型进行单点能计算；
7、(4)数据采集：单点计算后，读取各个结构模型的能量、键长、homo值以及lumo值；
8、(5)电化学性能判断：根据步骤(4)的结果计算得到电解质与溶剂的配位结合能；再根据电解质与溶剂的配位结合能、键长、homo、lumo值的大小对不同电解液的电化学性能进行预测。
9、本专利技术采用第一性原理计算方法，从原子尺度出发模拟电解质溶剂化结构，预测电解液的电化学性能。本专利技术先对构建的初始构型进行优化，再进行单点能计算，提高优化效果。并且通过预测同一溶剂与不同电解质配位后的电化学性能，经电化学性能的比较，可以确定该溶剂的最佳配位电解质。
10、本专利技术的方法操作简单、易标准化，通过使用公式对模型数据进行分析处理，该方法方便高效、评价标准统一；整个过程周期短，并且排除了人为因素造成的误差，大大提高了分析效率。
11、电化学性能包括导电性、氧化还原性、配位性以及热稳定性。电化学性能的判断：homo值、lumo值越低，电解液的导电性越好；lumo值越低还原电位越低，homo与lumo值之差越低，越容易发生氧化反应；配位键的强度随结合能的增大而增强；键长越长，热稳定性越低；电解质与溶剂配位时，配位数越高，溶解度越大。
12、优选地，所述优化初始构型的结构采用泛函b3lyp结合6-31+g(d)基组；所述对结构优化后的构型进行单点能计算采用泛函m062x结合6-311+g(d,p)基组。本专利技术采用泛函b3lyp结合6-31+g(d)基组对初始构型进行优化，并进行单点能计算，优化效果最佳。
13、步骤(1)的模型构建所用软件只要能实现初始构型的构建即可。优选为gaussview软件。
14、优选地，所述配位结合能δe结合能的计算公式为：δe结合能＝e(complex)-(∑nesm+e(m+)+e(m-))，n＝{1，2，3，4，5}；
15、式中，e(complex)为所述电解质溶剂化的络合物结构能量，esm为单分子溶剂分子的能量，n为所述电解质溶剂化的络合物中溶剂分子的分子数，e(m+)为电解质阳离子的结构能量，e(m-)为电解质阴离子的结构能量。
16、当2分溶剂分子与电解质配位时，δe结合能＝e(complex)-(2×esm+e(m+)+e(m-))。配位结合能反映了电解质阳离子、溶剂分子及电解质阴离子之间相互作用的强度。
17、为了获得稳定的电解质溶剂化的络合物，优选地，步骤(2)中所述结构优化为各原子、配位、键长、键角的优化。
18、优选地，所述结构优化的输入文件为#opt＝noeigen freq b3lyp/6-31+g(d)geom＝connectivity。
19、为了进一步优化结构，使得优化结果更加精确，优选地，所述单点计算的输入文件为#6-311+g(d,p)geom＝connectivity m062x。
20、优选地，步骤(1)所述电解质溶剂化的络合物包括1～5分子溶剂分别与电解质络合的络合物。例如，1分子溶剂结合电解质的络合物、2分子溶剂结合电解质的络合物、3分子溶剂结合电解质的络合物、4分子溶剂结合电解质的络合物、5分子溶剂结合电解质的络合物。此处的1～5分子溶剂为模型构建时假设可以与电解质发生络合的溶剂分子数，但是并非所有分子数的溶剂都能与电解质络合成功，因此，模型构建后得到的络合物是不同的溶剂、不同的电解质进行络合后成功保留的络合物。
21、优选地，所述电解质为锂盐或钠盐。在锂盐或钠盐作为电解质的情况下，优化效果较佳。
22、优选地，所述锂盐为lifsi、libf4、lipf6中的一种或多种。这几种锂盐为锂电池电解液中常用的电解质。而且通过本申请的预测方法进行电化学性能的预测后，得到的预测结果较为准确。
23、优选地，所述溶剂为酯类、醚类、环类、氟代环类化合物中的一种或多种。进一步优选为酯类、环类化合物中的一种或两种。锂盐溶解于酯类、醚类、环类、氟代环类等高电容率、高电容率或低粘度有机溶剂而形成非水系电解液；所述溶剂为碳酸乙烯酯。碳酸乙烯酯为锂电池中常用的溶剂。
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1.一种电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，所述电解液由电解质和溶剂组成，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，所述配位结合能ΔE结合能的计算公式为：n＝{1，2，3，4，5}；
3.根据权利要求1所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，步骤(2)中所述结构优化为各原子、配位、键长、键角的优化。
4.根据权利要求1所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，步骤(1)所述电解质溶剂化的络合物包括1～5分子溶剂分别与电解质络合的络合物。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，所述电解质为锂盐或钠盐。
6.根据权利要求5所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，所述锂盐为LiFSI、LiBF4、LiPF6中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，所述溶剂为酯类、醚类、环类、氟代环类化合物中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，所
...【技术特征摘要】
1.一种电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，所述电解液由电解质和溶剂组成，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，所述配位结合能δe结合能的计算公式为：n＝{1，2，3，4，5}；
3.根据权利要求1所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，步骤(2)中所述结构优化为各原子、配位、键长、键角的优化。
4.根据权利要求1所述的电解液电化学性能的预测方法，其特征在于，步骤(1)所述电解质溶剂化的络合物包括1～5分子溶剂分别与...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨华春，闫春生，李妞，周阳，王璐，周梦焰，薛峰峰，
申请(专利权)人：河南省氟基新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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