锌电池正极高分子粘结剂对 Zn²⁺ 迁移影响的固–液界面模拟及建模策略求助

MVK

各位老师好，我目前在做一个锌电池粘结剂的课题，想向大家请教建模与模拟思路。

实验体系如下：
正极材料为电解二氧化锰（EMD），与多壁碳纳米管（CNT）和某种高分子粘结剂按 8:1:1（质量比）混合，集流体为碳纸。实验上是将 MnO₂、CNT 与高分子配制成胶状溶液，充分混合研磨后涂覆在正极集流体上烘干。

我想关注不同高分子粘结剂在固–液界面处对电解质中 Zn²⁺ 迁移行为的影响。

我的初步想法是针对不同高分子（如下图中三种）粘结剂构建正极固相–电解质液相界面模型，在界面体系中施加恒电势，通过 AIMD 研究 Zn²⁺ 在界面附近的结构与动力学行为。

但目前遇到的主要困难是：

• 这个课题缺少微观的结构表征，这种高度非晶、复合的固相体系应如何合理预测晶体结构或者建模
• 针对粘结剂作用机理，是否有比“完整真实结构”更可行的简化建模策略可用于趋势预测？
  
  

目前和我对接的实验组研究生同学是做高分子的，感觉对化学一知半解（曾提出直接模拟聚合物分子漂浮在电解质中的方案，这让我有些困惑）。

因此想请教各位老师，这种体系在第一性原理或 AIMD 层面通常应如何取舍建模尺度与复杂度？是否有相关工作或通行建模思路可供参考？

非常感谢大家的指点！

yuzc

GC-DFT_AIMD不好，显然如果你们认为聚合物作为正极粘结剂不止行使粘结剂作用，还作为包覆物行使人工CEI作用的话，至少要把聚合物导锌的固相扩散和溶剂化/脱溶剂化重现出来，这块要做伞形采样（溶剂化/脱溶能垒）和体相扩散性质（本征离子电导率）研究。

此外注意研究问题的尺度，如果是浆料层级的性质改变，需要套多孔电极理论，从不同浆料粘度，分散度与迂曲度、粘结力等映射关系的角度出发。

MVK

yuzc 发表于 2026-1-27 21:28
GC-DFT_AIMD不好，显然如果你们认为聚合物作为正极粘结剂不止行使粘结剂作用，还作为包覆物行使人工CEI作用 ...

老师请问体相结构该怎么考虑呢

yuzc

MVK 发表于 2026-1-28 03:55
老师请问体相结构该怎么考虑呢

复旦汪莹CEMP平台可以直接生成均聚，共聚物的结构，提供psmiles就可以了，还支持聚离子型，季氮的那些耐氧化正极binder。 直接用那个平台点一点出个结果就好了。

MVK

yuzc 发表于 2026-1-28 13:24
复旦汪莹CEMP平台可以直接生成均聚，共聚物的结构，提供psmiles就可以了，还支持聚离子型，季氮的那些耐 ...

老师我粗略看了下这个只是单个高分子的结构，并不是固相的结构吧，而且我这个固相是三种物质的混合物
我现在的主要疑问是固相的晶体结构怎么考虑

yuzc

MVK 发表于 2026-1-28 14:13
老师我粗略看了下这个只是单个高分子的结构，并不是固相的结构吧，而且我这个固相是三种物质的混合物
我 ...

体相尺度直接考虑体相就好了，界面层级再考虑构建表界面模型。
划分好研究问题的角度，做正极材料本身，仍然是DFT&AIMD这一套适用，而且结合VASPsol++，CP-VASP能做固定电势；用CP2K能做cDFT限制1e的电子转移，等等方法。
此外复合体系慎重使用经典MD体系的固定电势方法，lammps 的 ELECTRODE PACKAGE可以做。你要考虑下包覆层的厚度，电场衰减的距离这些。

MVK

yuzc 发表于 2026-1-28 18:48
体相尺度直接考虑体相就好了，界面层级再考虑构建表界面模型。
划分好研究问题的角度，做正极材料本身， ...

老师什么叫体相尺度和界面层级 如果连体相的晶体结构都没用的话根本不能研究界面问题吧 我感觉我自己的这个体系还是需要做固液界面的研究（毕竟影响的是电解质中离子的迁移） 这些具体的实现方法还是后话 我的问题是如何预测混合物固体的晶体结构 进而构建固液的模型 这方面您有什么头绪吗

yuzc

MVK 发表于 2026-1-28 23:24
老师什么叫体相尺度和界面层级 如果连体相的晶体结构都没用的话根本不能研究界面问题吧 我感觉我自己的这 ...

"我的问题是如何预测混合物固体的晶体结构 进而构建固液的模型"
这一步没有必要，空间尺度不同。

但是如果你强行要预测混合物的晶体结构，首选吉林大学团队开发的CALYPSO，加入他们的讨论群，学习相关软件操作。

此外，你仍然可以用slab异质结构建，简单地描述混合表面的结构。但是这样做的风险也是依旧的，这个尺度下没有办法考虑到聚合物的结构松弛（弛豫时间），聚合物构象搜索不完全，体现不出你更换binder之后结构差异带来的性能变化，仅仅只能是官能团层级的差异，而且这里面自由能面的路径不明确，你选不到合适的CV。

MVK

yuzc 发表于 2026-2-3 15:21
"我的问题是如何预测混合物固体的晶体结构 进而构建固液的模型"
这一步没有必要，空间尺度不同。

我担心的正是这个问题
自己主观上搭建一个混合物的表面结构做的模拟或许没有什么实际的意义

yuzc

MVK 发表于 2026-2-3 16:46
我担心的正是这个问题
自己主观上搭建一个混合物的表面结构做的模拟或许没有什么实际的意义

你如果想关注聚合物作为人工CEI，那么你搞精准无序MnO2的盒子构建就没意义（不过这块完全从AIMD出发反而方便，甚至XTB+热退火就好了）。
如果你想关注体相传输，那么MnO2的无序结构就很重要。
建议再思考一下，做做阻抗谱拆解，定位下问题发生在哪个界面或者是否是体相，抓住主要矛盾。