Materials Studio模拟锂离子电池SEI膜形成过程，DFT＋MD跨尺度模拟方法！
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来源丨Materials Studio公众号
DFT＋MD跨尺度模拟方法
背景
在原子层面上的仿真模拟主要有DFT方法和MD方法；其中DFT方法可以模拟精确的化学反应，获得反应路径和反应机理的信息，但是DFT模拟的尺度比较小，难以适用于复杂的体系；MD方法可以模拟更大空间尺度的模型结构，并且具有较高的效率，但是经典动力学无法表达体系中的化学反应。
把两种方法结合会在模拟效率和精度上有重要的意义。特别对于复杂环境中形成SEI膜的过程。No.1
MD获取微观结构＞＞＞
DFT对微观结构进行深入研究
在SEI膜中LiF具有更好的热力学稳定性能，在电解液中添加含氟化合物，利用添加剂在电极表面的反应可以形成LiF，从而可以使得SEI膜性能更加稳定。
通过动力学的方法搭建溶剂、锂盐、含氟添加剂电解液体系，从体系密度与锂离子电导率两个角度判断模型合理性，其中锂离子电导率可以通过锂离子的MSD参数获取。
再利用该模型参数搭建正极、电解液、负极体系。为了研究不同过电位条件下添加剂在负极表面能否发生化学反应，分析了负极表面的主要成分，以及锂离子的溶剂化结构；如果添加剂能够聚集在负极表面，那么对于添加剂在负极表面的反应是有利的；但是能不能发生还原反应，将动力学获得得的微观结构进行DFT计算，根据还原电位评价反应可行性。如图１所示。
图1. DFT＋MD在SEI膜形成中的应用技术路线
通过MD和DFT结合的方式，明确了锂离子溶剂化结构的主要成分以及负极表面电解液组分的变化规律，由于不同的溶剂化结构对应不同的还原电位，最终得到不同过电位条件下负极表面平均还原电位的变化规律。
虽然该研究得到了SEI膜形成的主要机理，但是该方法并没有直接呈现SEI膜形成的过程，以及纳米级别的微观结构。No.2
DFT定义反应模板>>>
MD过程匹配反应模板
下面我们再看一下利用Materials Studio新版本中的功能Flex和ReactionFinder研究SEI膜的形成。
No.3
操作展示
参考文献
J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 2473 2484
J. Chem. Theory Comput. 2022, 18, 925−934