2022.6.8 PWmat锂电池系列第二讲-NEB计算学习总结

锂电池中的动力学问题涉及离子输运，电极中的离子脱嵌，电解质/界面离子/分子的输运，界面结构及相的演化等问题。锂离子的输运涉及正负电极，电解质，和界面这几种情况。对于电极材料，希望电子和离子的电导率都比较高，而对于电解质材料，希望其对电子绝缘，以防止内部短路和自放电，而锂离子的迁移性尽可能高。一般地，液态电解质的锂离子输运性虽较无机固态、有机聚合物电解质强，但会面临着溶剂化问题。本次学习聚焦于无机固态电解质中离子的输运问题，锂离子扩散系数遵循Arrhenius方程， $\Delta E$ 就为初末态能垒（活化能），扩散系数随能垒增大呈指数级衰减，所以活化能是考察锂离子扩散能力的最重要指标，活化能的计算可通过NEB（Nudged Elastic Band）或者CI-NEB (Climbing-Image NEB)计算过渡态构型的能垒得到。

步骤一：初、末态结构优化参数（举例）

1 4 # 采用K点并行，用4核

JOB = RELAX # 控制计算性质参数，结构弛豫

IN.PSP1 = Li.SG15.PBE.UPF # Li的赝势文件

IN.PSP2 = Si.SG15.PBE.UPF # Si的赝势文件

IN.ATOM = atom_initial.config # 结构文件

RELAX_DETAIL = 1 100 0.001 # 弛豫标准：共轭梯度法，1000离子步，离子收敛标准0.001 eV/Å

Ecut = 60 # 平面波截断能

Ecut2 = 240 # 平面波截断能

MP_N123 = 3 3 3 0 0 0 2 # K点设置

XCFUNCTIONAL = PBE # 泛函类别PBE泛函

SYS_TYPE = 2 #体系为金属

步骤二：初、末态能量自洽，用优化得到的结构进行自洽计算，只有JOB参数发生变化

1 4 # K点并行

JOB = SCF # 自洽计算

IN.PSP1 = Li.SG15.PBE.UPF

IN.PSP2 = Si.SG15.PBE.UPF

IN.ATOM = atom_initial.config

Ecut = 60

Ecut2 = 240

MP_N123 = 3 3 3 0 0 0 2

XCFUNCTIONAL = PBE

E_ERROR = 0 # 能量收敛标准

SYS_TYPE = 2

步骤三：过渡态（NEB&CI-NEB）计算，将初末态结构都放进计算目录，初态结构atom_initial.config，末态结构atom_final.config，最重要的参数是NEB_DETAIL，分别是原子弛豫算法（通常选5或6），弛豫的最大步数（100），离子收敛标准（0.01 eV/Å），初末态之间的结构数目（5），弹性系数（0.1-1为合理区间），线性计算类型（1-3均可，具体看手册），-.59857838194477E+04, -.59857838613098E+04分别为自洽得到的初末态能量，倒数第二个参数，首次计算用1，续算用2，用1时，最后的参数是末态结构名，用2时，最后的参数指定为包含所有N+2结构的文件，可用ATOM2.CONFIG，由运行convert_MOVEMENT_to_evolution.sh脚本得到

1 4

JOB = NEB # NEB计算

IN.PSP1 = Li.SG15.PBE.UPF

IN.PSP2 = Si.SG15.PBE.UPF

IN.ATOM = atom_initial.config

NEB_DETAIL = 5, 100, 0.01, 5, 0.1, 3, -.59857838194477E+04, -.59857838613098E+04, 1, atom_final.config

Ecut = 60

Ecut2 = 240

MP_N123 = 3 3 3 0 0 0 2

XCFUNCTIONAL = PBE

SYS_TYPE = 2

步骤四：数据处理

sh convert_MOVEMENT_to_evolution.sh 7

7为目标锂原子在结构文件中的行数，得到所有过渡态结构，POSCAR文件给出了Li的输运轨迹

NEB.BARRIER 给出了能垒信息

第3列为坐标信息，弦长由该列累加得到，Ln=Ln-1+Ln-2+...+L0, L0设为0，由于单位为Bohr，统一成Å需乘以0.529。第2列为能量信息，Ebarrier(n)=En-E0，最终结果如下

对于CI-NEB计算，只需将NEB_DETAIL中的TYPE_SPRING（第6个参数）改成33、22或11就行了，具体看手册

1 4

JOB = NEB

IN.PSP1 = Li.SG15.PBE.UPF

IN.PSP2 = Si.SG15.PBE.UPF

IN.ATOM = atom_initial.config

NEB_DETAIL = 5, 100, 0.01, 3, 0.1, 33, -.59857838835127E+04, -.59857838419523E+04, 1, atom_final.config

Ecut = 60

Ecut2 = 240

MP_N123 = 3 3 3 0 0 0 2

XCFUNCTIONAL = PBE

SYS_TYPE = 2

最后编辑于：2022.06.08 19:49:27