反応力場開発と電極・固体電解質界面の分子動力学シミュレーション

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K04650
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26020:無機材料および物性関連
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 小林 亮 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70560126)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 分子動力学 / 電池材料 / 界面化学反応 / 固体イオニクス

研究成果の概要

本研究では，リチウムイオン電池の全固体電池開発における課題である電極・固体電解質界面での電荷変化をシミュレートするため，電荷可変型ポテンシャルを開発した．具体的には，Li-La-Zr-O（LLZO）とLiFの2つの材料を対象に，種々の組成や構造における原子電荷や動径分布関数，形成エンタルピーを訓練データとしてポテンシャルパラメータの最適化を行い，訓練データに入っていない界面構造でポテンシャル精度の検証を行った．Li/LLZOとLi/LiFどちらにおいても，界面構造のわずかな原子変位や界面形成エネルギーの再現性は十分ではなかった．

自由記述の分野

計算材料科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

原子スケールのシミュレーションは実験で観ることのできない空間・時間スケールの現象を調べるための有効なツールであるが，原子の電荷移動を伴う化学反応のような現象の大規模なシミュレーションは困難である．そのため，電荷移動を再現する原子間ポテンシャルの開発は，今後の全固体電池研究において必須であり，任意の材料の反応ポテンシャル構築が可能となれば，その応用の範囲は広く産業応用の観点でも重要である．反応ポテンシャルの精度改善の可能性とその難易度，適用限界を明らかにすることで，軽量・高速な古典ポテンシャルと低速な機械学習ポテンシャルの選択の有益な判断基準が得られ，効率的な界面シミュレーションに寄与する．