本发明属于计算材料学，具体涉及一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法。
背景技术：
1、随着电动汽车和电子设备的飞速发展，开发安全、低成本、高容量和长寿命的固态电池至关重要。由于氯离子的易存储特点，氯离子固态电池(cib)的理论体积能量密度高达2500wh/l；此外，海水中蕴藏着丰富的氯资源，因此氯离子电池(cib)具有广泛的应用前景，其中氯离子固态电解质起着至关重要的作用，但由于氯离子的半径较大，低氯离子电导率问题已成为其应用瓶颈。因此，研发具有高氯离子电导率和优异的力学性能及电化学稳定性的氯离子固态电解质已成为当前急需解决的问题。在众多的氯离子固态电解质材料中，laocl具有特殊的层状结构，这为氯离子在其中的扩散提供了有利的空间条件，但其仍存在低氯离子电导率的问题，在1073k下laocl的氯离子电导率也仅为9.60×10-6s/cm。因此，如何诱导氯离子在laocl中的快速扩散成了laocl固态电解质设计的关键科学问题，通过原子掺杂从原子尺度上精准调控laocl的晶体结构是实现这目标的有效途径。基于电负性和原子半径这两个因素，我们提出了ga掺杂laocl策略，采用第一性原理和分子动力学的方法建立ga掺杂浓度(x)与ga掺杂laocl体系(la1-xgaxocl)的晶体结构、能带带隙、氯离子电导率和电化学稳定性之间的内在关联，从而设计出具有优异电化学性能的laocl基固态电解质。
技术实现思路
1、本发明目的在于提供一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，具体实施方式按照以下步骤进行：
2、步骤1：分析并优化ga掺杂laocl体系各组成成分的化学势，并计算其形成能，从而获得合成其稳定结构所需的生长条件；
3、步骤2：优化具有ga掺杂laocl体系(la1-xgaxocl)的晶体结构，获得其层间空隙的体积变化率，能带带隙与ga掺杂浓度的内在关联；
4、步骤3：采用从头算分子动力学(aimd)方法分别计算了la1-xgaxocl在不同温度下的氯离子电导率，发现la0.75ga0.25ocl均具有最优的氯离子电导率；
5、步骤4：采用van-hove函数的方法分别获得氯离子在laocl和la0.75ga0.25ocl中的扩散机理；
6、步骤5：采用从头算分子动力学(aimd)方法分析la0.75ga0.25ocl的热稳定性；
7、步骤6：研究la1-xgaxocl中la离子与o离子的bader电荷随ga浓度(x)的变化规律和la-5d与o-2p轨道杂化程度，从而进一步分析la0.75ga0.25ocl的结构稳定性；
8、步骤7：通过计算延展性的方法分析la0.75ga0.25ocl的力学性能；
9、步骤8：借助pymatgen库计算la0.75ga0.25ocl的电化学窗口；
10、本发明针对目前氯离子固态电解质laocl在室温下低氯离子导电率的问题，提出一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，获得室温下具有高氯离子电导率的laocl基固态电解质设计方案与技术路线。首先研究ga掺杂laocl体系的结构稳定性，比较la1-xgaxocl(x＝0,0.0625,0.125,0.25,0.5)在不同化学势生长条件下的形成能来确定最佳掺杂原料。分析比较la1-xgaxocl(x＝0,0.0625,0.125,0.25,0.5)的晶体结构、能带带隙和氯离子导电率，寻找ga掺杂浓度与ga掺杂laocl体系的结构、氯离子层间空隙的体积、能带带隙和氯离子导电率之间的内在规律，从而筛选出ga掺杂laocl体系的最优结构(la0.75ga0.25ocl)；在此基础上分析氯离子在其中的运动规律、力学性能和电化学窗口。本发明提出la0.75ga0.25ocl氯离子固态电解质的室温氯离子电导率高达5.34×10-3s/cm,同时其具有较宽的带隙(3.24ev)和电化学窗口(4.81v～9.66v)。
1.一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，其特征在于，所述步骤1中，获得合成ga掺杂laocl体系稳定结构所需的生长条件；具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，其特征在于，所述步骤2中，通过对不同的ga掺杂laocl体系(la1-xgaxocl)进行结构优化，并计算层间空隙的体积变化率和能带带隙，筛选最优ga掺杂laocl体系；具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，其特征在于，所述步骤3中，通过从头算分子动力学(aimd)方法计算
5.根据权利要求1所述的一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，其特征在于，所述步骤4中，采用van-hove函数分析氯离子在laocl和la0.75ga0.25ocl中的扩散机理。
6.根据权利要求1所述的一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，其特征在于，所述步骤5中，通过步骤3.1计算表明：当温度处于300k～800k范围内，la0.75ga0.25ocl的总能随时间变化而保持稳定的分布。
7.根据权利要求1所述的一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，其特征在于，所述步骤6中，研究la1-xgaxocl中la离子与o离子的bader电荷随ga浓度(x)的变化规律和la-5d与o-2p轨道杂化程度，从而进一步分析la0.75ga0.25ocl的结构稳定性。
8.根据权利要求1所述的一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，其特征在于，所述步骤7中，通过计算laocl和la0.75ga0.25ocl的弹性常数，判定la0.75ga0.25ocl和laocl的力学稳定性。
9.根据权利要求1所述的一种基于ga掺杂从原子尺度上调控laocl储氯性能的方法，其特征在于，所述步骤8中，借助pymatgen库计算la0.75ga0.25ocl的电化学窗口。
