碱金属离子电池高性能负极材料的开发和优化是实现绿色能源发展的关键。原子尺度的计算建模，如密度泛函理论和分子动力学，使得从纳米尺度进行高效材料设计成为可能。计算建模不仅可以提供基本的见解，还可以为多尺度模型和实验合成提供参考。近日，英国萨里大学Emilia Olsson等对嵌入型、合金型和转化型等三种典型负极材料的原子尺度计算与设计进行了概括总结。

文章要点

1）文章概述了计算研究中锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池负极材料的最新研究进展。迄今为止，负极材料主要集中在石墨/石墨烯基碳负极上。基于对石墨建模的成功，有很多研究人员提出了许多其他二维负极材料并进行了计算研究。改善负极性能的常用方法是将石墨与其他转化、插层和合金负极极耦合。合金负极材料虽然已成功建模，但由于体积膨胀过大，其作为负极材料的潜力尚未完全发挥出来。为了进一步优化这些阳极材料的实际应用，需要进行额外的研究，并进一步研究合金石墨烯（或其他具有高导电性和抑制体积膨胀能力的合适材料）复合材料。

2）作者认为，碱金属离子电池中的一些性能影响因素，如不可逆容量损失、相稳定性和缓慢扩散等，可以使用计算分子模型进行探讨。计算方法的优势在于能够深入了解材料成分和结构对材料性能的影响进而推进材料设计。文章表明，原子尺度模型可以预测、验证和优化碱金属离子电池的负极材料。原子尺度的计算研究已被证明在直接探测体相缺陷和表面缺陷对容量、电压和扩散的影响方面非常有效。

参考文献

Emilia Olsson et al, Atomic-Scale Design of Anode Materials for Alkali Metal (Li/Na/K)-Ion Batteries: Progress and Perspectives, Advanced Energy Materials, 2022

DOI: 10.1002/aenm.202200662

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202200662