材料基因组是近年来兴起的材料探索方法,其研究的关键是实现材料研发的“高通量”,即并发式完成“一批”而非“一个”材料样品的计算模拟、制备和表征,实现系统的筛选和优化材料,从而加快材料从发现到应用的过程。在锂电池中,从改善安全性的角度考虑,全固态锂电池被公认为未来二次电池的重要发展方向。然而使用固体电解质材料的一个最大问题是固体电解质中锂离子电导率比常规液态电解质中低了至少一个数量级。
由于锂离子的输运快慢与电池性能息息相关,因此开发兼具高离子电导率、高稳定性、高机械强度的固体电解质材料势在必行。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)清洁能源实验室E01组近年来一直致力于将材料基因组思想用于锂电池材料的开发中。
研究人员通过开发基于半经验势的离子输运路径与势垒计算软件BVpath(计算机软件著作权登记号:2015SR161954),并将不同计算精度的方法相结合用于材料筛选和优化的不同阶段,由此发展了基于离子输运性质的锂电池材料高通量计算流程。
近期,该课题组中国工程院院士陈立泉、研究员李泓和副研究员肖睿娟指导博士生王雪龙,从上述氧掺杂硫化物的方案出发,提出了在固体电解质中引入多种阴离子共存的设计思想,并据此设计出一种全新的氧硫化物固体电解质LiAlSO材料。通过建立适用于锂二次电池新材料开发的高通量计算理论工具与研究平台,研究人员初步实现了材料基因组思想在锂电池新材料研发中的示范应用。