一种电解液的分子动力学力场参数优化方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及锂电池，尤其是涉及一种电解液的分子动力学力场参数优化方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、锂离子电池具有能量密度高、安全性高、寿命长、能量密度高、循环性能好等特点，并且在手机、平板电脑、电动汽车、电气储能设备中都大量应用锂离子电池。而锂离子电池电解液作为锂离子电池的主要组成部分，电解液在正负极之间起传输锂离子的作用，因此，电解液的动力学参数对锂离子电池至关重要。

2、通常，锂离子的传输速度由电解液的动力学参数如锂离子迁移数、活度系数、扩散系数等决定，进而影响电池的动力学性能。分子力场广泛应用于动力学模拟，晶体预测等领域。而分子力场能量准确性直接决定计算模拟的成败，所以如何获得精确度高的力场参数，对仿真模拟至关重要。

3、为了得到更加精确的模拟结果，需要对反应力场进行优化，使之可以尽量逼近真实情况。但是，现有的反应力场优化方法不适用于电解液的力场参数优化，且往往会涉及大量复杂繁琐的处理过程，例如需要多次迭代运算等，存在效率较低和准确性较差的问题，更难于直观地观测出力场优化的最终情况。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种电解液的分子动力学力场参数优化方法。所述方法处理过程简单易操作，且效率高和准确性好，最终能够更为直观地观测出力场优化的最终情况。

2、本发明的目的之二在于提供一种对应上述力场参数优化方法的电解液高精度快速模拟装置。

3、本发明的目的之三在于提供一种对应上述力场参数优化方法的计算机可读存储介质。

4、本发明的目的之四在于提供一种对应上述力场参数优化方法的计算机可读存储介质。

5、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

6、第一方面，本发明提供一种电解液的分子动力学力场参数优化方法，所述优化方法包括以下步骤：

7、根据不同浓度梯度的电解液体系，预设力场参数，构建电解液体系分子动力学初始模型；

8、对构建的电解液体系分子动力学初始模型进行分子动力学计算，得到电解液虚拟模型的处理结果，输出对应浓度梯度的电解液的理论密度；

9、根据上述不同浓度梯度的电解液，配置相应的浓度梯度电解液，进行密度测量，得到对应浓度梯度的电解液的实际密度；

10、通过观测电解液的理论密度和实际密度间的符合程度，评价所设置力场参数的合理性，进而对电解液的力场参数进行优化。

11、在可选的实施方式中，所述电解液体系包括锂盐和溶剂。

12、在可选的实施方式中，所述浓度梯度的个数至少为5个，例如可以是5个、6个、7个、8个、9个、10个、12个、14个、16个等，且各相邻的浓度间的差值相等/或不相等。

13、在可选的实施方式中，所述浓度梯度的范围为0～所选锂盐在常温常压下的饱和浓度。

14、例如所选的锂盐为lifsi，其在dme溶剂中的饱和浓度为13mol/l，则所述浓度梯度的范围0～13mol/l，在0～13mol/l范围内各相邻的浓度间的差值相等/或不相等。

15、例如所选的锂盐为litfsi，其在dme中的饱和浓度为5.6mol/l，则所述浓度梯度的范围0～5.6mol/l，在0～5.6mol/l范围内各相邻的浓度间的差值相等/或不相等。

16、更为具体地，在可选的实施方式中，当浓度梯度为10个，各相邻的浓度间的差值相等，例如可以是1mol/l、2mol/l、3mol/l、4mol/l、5mol/l、6mol/l、7mol/l、8mol/l、9mol/l、10mol/l等。

17、在可选的实施方式中，所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、双三氟甲磺酰亚胺锂(litfsi)、六氟磷酸锂(lipf6)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、四氟硼酸锂(libf4)、双草酸硼酸锂(libob)或二氟磷酸锂(lipo2f2)中的任意一种或至少两种的组合。

18、在可选的实施方式中，所述溶剂包括乙二醇二甲醚(dme)、二甲基乙酰胺(dmb)、二氧戊环(dol)、乙二醇乙醚(dee)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)、四氢呋喃(thf)或四氢吡喃(thp)中的任意一种或至少两种的组合。

19、在可选的实施方式中，所述电解液体系分子动力学初始模型的分子数和/或模拟盒子边长根据初猜密度设定(不影响最终结果)0.9～1.4g/ml之间，分成等间距梯度。

20、在可选的实施方式中，所述分子数为500～1000个，例如可以是500个、600个、700个、800个、900个、1000个等。

21、在可选的实施方式中，所述模拟盒子边长为40～50埃，例如可以是40埃、42埃、44埃、46埃、48埃、50埃等。

22、由于经过模拟计算后，体系密度会变，实施中主要看计算完成时的密度，其与初猜密度不相关，因此，初猜密度设置标准为40～50埃的立方盒子内分子数达到500～1000个即可。

23、在可选的实施方式中，所述分子动力学计算所需数据包括分子结构信息和/或原子电荷信息。

24、在可选的实施方式中，所述分子结构信息包括所述预设的力场参数下的分子间相互作用、键、角、二面角相互作用参数中的任意一种或至少两种的组合。

25、在可选的实施方式中，所述分子动力学计算包括退火处理和动力学计算。

26、在可选的实施方式中，所述退火处理条件包括：退火处理轮数至少为1轮，退火计算模拟系综为等温等压系综，退火过程中高温为350-400k，低温为298～350k。

27、在可选的实施方式中，所述分子动力学计算的参数设置为：动力学计算轮数至少为3轮，第一轮，正则系综，298～350k(取该温度区间内的任一确定值)，时长0.1～0.3ns；第二轮，退火计算，等温等压系综，高温350～500k，低温298～350k，时长0.2～0.6ns；第三轮，等温等压系综，298～350k(取该温度段区间内的任一确定值)，时长0.2～0.6ns，总时长为0.5～1.5ns。

28、在可选的实施方式中，在最后一轮的计算中进行采样输出处理结果。

29、在可选的实施方式中，所述采样的频次为每3～5ps进行采样。

30、在可选的实施方式中，输出的信息除对应浓度梯度的电解液的理论密度外，还包括体系温度、总能量或压强中的任意一种或至少两种的组合。

31、在可选的实施方式中，输出对应浓度梯度的电解液的理论密度为采样过程中至少后20帧的密度的平均数。

32、在可选的实施方式中，所述符合程度的标准如下所示：

33、电解液的理论密度和实际密度间的方差为<0.2％，代表符合程度高，力场参数的优化完成；

34、电解液的理论密度和实际密度间的方差为0.2％以上，代表符合程度低，力场参数未完成优化，需进一步调整电解液的力场参数。

35、第二方面，本发明提供一种电解液的分子动力学力场参数优化装置，所述优化装置包括：

36、构建模块，用于根据电解液体系的浓度梯度，预设力场参数，构建电解液体系分子动力学初始模型；

37、计算模块，用于构建的电解液体系分子动力学初始模型进行分子动力学计算，得到电解液虚拟模型的处理结果；

38、输出模块，用于输出对应浓度梯度的电解液的理论密度；

39、测量模块，用于测量相应的浓度梯度电解液的实际密度；

40、分析模块，用于拟合电解液的理论密度和实际密度，观测电解液的理论密度和实际密度间的符合程度，评价所设置力场参数的合理性。

41、第三方面，本发明提供一种力场参数优化设备，所述力场参数优化设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

42、所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述电解液的分子动力学力场参数优化方法的步骤。

43、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述所述电解液的分子动力学力场参数优化方法的步骤。

44、在对本技术的技术方案进行描述之前，先对本技术涉及的本领域的部分技术术语进行说明。

45、分子力场是描述体系中原子间相互作用的一套参数化的经验势函数参数，主要由两大部分组成：描述分子内成键相互作用的成键参数和描述分子间相互作用的非键参数。

46、成键参数(bonded parameters)，包括键长，键角，二面角参数，分别描述的是化学键的伸缩能，键角的弯折能，二面角的扭转能。

47、非键参数(nonbonded parameters)，包括电荷参数和范德华参数(此外，部分函数形式中可能还包含氢键参数等)，描述的是未成键的原子或基团之间的相互作用能。

48、盒子(box)，是指根据需求，建立一定尺寸的体系，其中填充需要模拟的分子，里面的分子结构可以是有序的也可以是无序的。

49、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

50、本发明的提供一种电解液的分子动力学力场参数优化方法。所述方法处理过程简单易操作，且效率高和准确性好，最终能够更为直观地观测出力场优化的最终情况。