第一原理計算によるリチウムイオン電池の解析

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本講演では、第一原理計算および分子動力学計算を用いた電池材料の解析手法と最新の応用例を紹介する。まず、初心者にも理解しやすい基礎的な計算手法の解説から始め、電池材料に特化した具体的な解析技術を取り上げる。液系リチウムイオン電池の負極・正極界面における電解液の第一原理分子動力学解析や、全固体電池の活物質・電解質界面での界面反応の研究事例を示し、材料界面の挙動理解に寄与するシミュレーションの有用性を説明する。さらに、第一原理計算とマテリアルインフォマティクスを連携させた固体電解質の設計とその結果、機械学習による高精度かつ大規模な計算が可能な機械学習ポテンシャルを用いた高濃度水系電解液中のリチウムイオン伝導解析にも触れる。  実務に役立つソフトウェアの操作方法も含め、材料研究開発や解析業務に携わる技術者の理解を深め、実践的な解析技術の習得を目指した内容である。

  1. はじめに
    1. リチウムイオン電池研究への計算科学の重要性 背景と課題
    2. シミュレーション技術の進歩
  2. 必須となる計算技術の基礎
    1. 密度汎関数法
    2. 第一原理分子動力学法
    3. 機械学習ポテンシャルを利用した分子動力学計算
    4. 電池材料の解析・探索で必要となる各種物性 (電位窓) 等の評価方法
  3. 液体リチウムイオン電池の解析例
    1. 第一原理分子動力学法を利用した負極界面での電解液・添加剤の反応計算
    2. 正極界面での電解液分解反応の解析
    3. 機械学習ポテンシャルによる水系電解液中のリチウム伝導機構の解析
  4. 全固体電池
    1. 電解質・活物質固・固界面の物性
      • Li伝導性
      • 反応性
    2. マテリアルインフォマティクスを利用した固体電解質探索と合成・評価例

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