引言：可供充放的锂电池是未来高能量密度电池的优选电池体系，同时锂二次电池也是目前电动汽车技术的关键组成部分，我国的风光储能发电同样也离不开锂二次电池。由于锂二次电池具有能量高、密度高、安全性高以及充放速度相对较快的特点，是未来电池体系的主要发展方向。在锂二次电池的技术研发与升级的过程中，锂二次电池的性能提升都离不开新材料的研发与应用。因此，科研人员需要对锂二次电池的新材料进行大力的研发，以此来有效的构建好未来的电池体系，促进我国社会的全面发展。
一、材料基础组方法的发展与探究
（一）锂二次电池材料研究中的基础问题
在锂二次电池的实际工作过程中，电池器件的密度、安全性以及充放速度与电池材料中的电子、离子以及界面的性质有着千丝万缕的联系。电池在进行充放电的循环过程中所出现的电荷转移以及电子运输等现象是与当前的电极材料中的电子结构有着密切的关系。但是电极与电解质材质中的离子传输性质却对Li+在电池中的扩散系数以及扩散路径起到了决定性的作用，同时该种现象也与电池的实际充放速率等现象存在着一定的关系。电极界面的微观结构与电池的充放循环中的电化学稳定性具有一定的关系，同时也电池器件的循环性能也是具有一定的关联。所以想要更好的研发出高能量高密度的锂二次电池，就需要科研人员对锂二次电池的所有材料性质进行有效的优化与改进。例如，可以借助提升电极材料的电子数以及可转移离子数来进一步的提升锂二次电池的实际存储量，从而获取到高质量密度的正负极材料。之后对锂二次电池中的锂离子的运动速率进行探究，以此进一步的寻找离子导电率更高的电解质材料，从而加快电池的充放速率。借助对不含有机可燃物的电解质进行研发，构建出稳定电极的固态锂二次电池来确保整体的电池器件的安全性[1]。
（二）基于锂二次电池新材料开发的高通量计算方法
锂二次电池材料中锂离子的运输速率与电池本身的性能是有着直接的关联的。但是在量子力学的基础上对于离子输运性质的计算量是相当的巨大的，针对每一种结构的计算可能就要持续很多天。所以，在量子力学的基础上对，对锂离子的输运性质计算并不适合高通量计算方法的发展与完善，科研人员需要对设计筛选流程以及离子输运性质计算方式进行有效的研发，针对锂二次电池中锂离子输运性质的计算方式大体上可以分为三种类型。第一种，由于锂离子是在一定的几何空间内部进行运动，所有科研人员可以借助Voroni-Dirrchlet等几何空间分析方来对晶格中是否存有锂离子的运动通道进行评估与判断。第二种，科研人员可以切实依据锂离子在晶格中的键价失配度来对锂离子的运动通道以及势垒值进行评估，这种计算方式是在半经验势函数的计算基础上完成了，计算量相对较小，针对单一的晶体结构计算一般来说几分钟就可以完成了。第三种，也是最为精准的计算方式，使用的是密度泛函理论的量子力学，也被简称为DFT，并将其与过渡态理论或是分子动力学进行有效的结合，以此来计算出能量势垒低的路径，虽然这种计算的方式精准度相对较高，但是实际的计算量相对较大，针对单一的晶体结构迁移路径的计算，少则几个小时，多则几天。由此可见计算量是限制计算方法高通量法的主要因素。
二、高通量计算法在锂二次电池新材料设计中的应用分析
（一）富锂正极新型包覆材料
全固态的电池中，电池器件本身的电极以及电解质界面的稳定性以及离子的导电速率会直接影响着整体电池的性能，在电池的电极表面上包覆上可以输运锂离子但是可以阻隔电极或是电解质之间发生反应的新型化合材料，可以有效的提升锂二次电池的综合性质，倘若电极的包覆化合物与电极一样存有相同的晶体结构，则会更加容易形成预应力相对较小的界面层，通过高通量的计算对当前1000多种锂氧化物进行筛选，不但发生了离子输运势垒值相对较低的离子导体备选材料，同时也行之有效的发现了一批与当前锂二次电池的电极结构相同的新型化合物，这些新材料可以在电池的电极上进行包覆，进而有效的提升锂二次电池的综合性能。
在材料基因组方式的基础上，科研人员借助高通量计算方式，对锂二次电池的结构匹配以及Li+的扩散通道进行筛选与分析，进一步的发现了来钟与锂离子电池富锂正极材料相匹配的包覆化合物，分别为Li2SiO3以及Li2SnO3。这两种新型的包覆化合物在化学结构式上都与锂二次电池的富锂正极材料相同。所以可以将其作为锂二次电池富锂正极上的包覆界面层。对锂二次电池的富锂正极进行包覆的实际作用是为了进一步的提升电极的扩散速度，对电池充放循环过程中的界面阻抗进行抑制，进而对电极的反应动力学性能进行有效的提升，其中Li2SiO3在修饰之后，可以在正极材料上与电解质发生化学反应，生成路易斯酸，路易斯强酸会对电池离子的溶出速率进行加速，对锂二次电池的正极表面上的碱性杂质进行酸碱中和，以此来提升锂二次电池的锂离子扩散速率，从而提升锂二次电池的电化学性能以及综合稳定性。Li2SnO3在正极的修饰层材料中可以避免材料被电池的电解液进行腐蚀，对过渡的金属离子溢出有着一定的抑制效果，从而最大限度的提升新材料的动力学行为，确保锂二次电池在应用新材料之后可以拥有相对较高的电化学性能[2]。
（二）对锂二次电池的固体电解质进行优化
为切实考虑好锂二次电池的运行安全性，在当前的全固态锂二次电池中使用了全新的固体电解质材料，以此来有效的提升锂二次电池的安全性能。同时，在固态锂二次电池中，可以使用金属锂来作为负极材料，由于金属锂理论上的额定容量是锂二次电池体系中的最大极限，并且金属锂的电位也是所有电池负极中最低的一种，所以可以极大的提升锂二次电池的能量密度。通常情况下，锂离子的电导效率是要比液体电解液低2个数量级的，所以为切实提升锂二次电池的固体电解质质量以及电池的综合性能，研发固体电解质新型电池材料已经是当前电池体系研发建设的大势所趋。
结论：综上所述，在材料基因组方法的基础上对锂二次电池的新材料进行开发，不仅可以最大限度的提升锂二次电池的能力密度、安全性能以及循环寿命，以此来提升锂二次电池的综合性能。同时，通过高通量计算方式对电池新材料的进行计算的过程中所发现的研究方法，也可以应用到其他的功能材料研发之中去，从而推动了我国其他高新科技的发展与进步。因此，科研人员要切实对锂电池新材料进行研究与开发，以此来进一步的提升锂电池的应用价值，促进我国社会的全面发展。
参考文献：
[1]邢超,谭忆秋,张凯. 基于材料基因组方法的沥青混合料基因特性综述及展望[J]. 中国公路学报,2020,33(10):76-90.
[2]邵康. 混合半导体-离子型燃料电池新材料开发与电化学性能研究[D].深圳大学,2020.
作者简介:王献忠（出生:1969年6月）男、汉族，籍贯（河南省、内黄县），现供职单位:96946部队高级工程师、研究方向:通信电源，邮编100085