LiFePO4的几种实现模式(韩国)
PX4源码分析以及思路随笔1
PX4源码分析，以及思路随笔。
目录：1.0 环境安装1.1 roll pitch yaw2.1 loop()3.1 fastloop()3.1 .1 read_AHRS()3.1.1.1 ins.update()3.1.2 rate_controller_run()(嵌套了rate_bf_to_motor_roll)3.1.3 motors_output()3.1.3.1 update_throttle_filter()1.0环境安装1.首先安装px4_toolchain_installer_v14_win.exe，并配置好java环境（安装jdk，32位）。
2.安装GitHub网站：若提示失败，在IE浏览器中打开网页，http变为https，不断尝试。
3.克隆程序（需要翻墙），可能多次失败。
4.从C:\px4\toolchain\msys\1.0内的eclipse批处理文件打开eclipse。
5.按照从第二张图开始。
注：第二张图位置为ardupilot的位置。
返回目录1.1 ROLL YAW PITCH在航空中，pitch, yaw, roll如图2所示。
pitch是围绕X轴旋转，也叫做俯仰角，如图3所示。
yaw是围绕Y轴旋转，也叫偏航角，如图4所示。
roll是围绕Z轴旋转，也叫翻滚角，如图5所示。
返回目录2.1 loop函数：1.Setup各种初始化，先忽略。
2.初始定义第一个是函数名，第二个单位为赫兹为过多少时间调用一次，第三个单位为微秒，即为最大花费时间。
const AP_Scheduler::Task Copter::scheduler_tasks[] = {SCHED_TASK(rc_loop, 100, 130), /* 控制角 */SCHED_TASK(throttle_loop, 50, 75), /*油门控制*/SCHED_TASK(update_GPS, 50, 200), /* GPS更新*/3.从Loop()开始。
UPS电源电路(DOC)
目录1概述 (1)2引用文件 (1)2.1执行文件 (1)2.2参考文件 (1)3功能描述 (1)3.1系统功能 (1)3.2系统组成 (1)4主要技术性能指标 (2)5接口要求 (2)6详细设计 (3)6.1输入限制保护装置 (3)6.2 DC/DC转换装置 (4)6.3二极管电路 (9)6.4电池组 (9)6.5 电池充/放电保护模块 (10)6.5.1充电电路 (10)6.5.2放电保护电路 (10)6.6 输出限制保护模块 (13)6.7 电池管理单元与系统监控单元 (14)6.8光、电、机械、热接口设计 (15)6.8.1光、电接口设计 (19)6.8.2机械接口设计 (19)6.4.3热接口设计 (19)6.9可靠性、安全性设计 (20)6.9.1可靠性设计 (20)6.9.2安全性设计 (20)6.10电磁兼容性设计 (20)6.10.1控制自身干扰 (20)6.12热设计 (20)6.13降额设计 (21)6.14材料、工艺选用分析 (21)7结论 (21)1概述XXX系统中需要的能量除了来自于传统的太阳电池阵、蓄电池外，还要有与WPT 系统的接口。
对于模块航天器中的能源进行检测、能源平衡以及能源进行控制，是有效提高无线能量传输效率的有效途径。
能源管理系统主要对输入电能量进行管理、存储和分配，为负载提供稳定的输出电压，其对于能量的高效利用，有效应对能源获取、存储和分配所出现的突发事件，保证系统的可靠、正常运行，具有重要的意义。
2引用文件2.1执行文件2.2参考文件3功能描述3.1系统功能能源管理系统主要实现对输入电能量进行管理、存储和分配。
在正常工作模式下，两路输入电压经过二极管电路进行“或”隔离输入，由DC/DC转换模块转换为35V直流电压供充电电路及输出DC/DC转换模块使用，电池充电保护模块对电池组进行浮充电，输出DC/DC转换模块把35V转换为稳定的28V输出。
在输入能量供应不足或者输入发生故障的情况下，系统由电池组供电，输出DC/DC转换模块把电池电压转换为稳定的28V输出。
机器人吸尘器mr6500介绍说明
产品厚度为82毫米，由 于超薄型设计，在床底， 沙发低等用手，吸尘器 不能进行清扫的阴暗处 顺利进行清扫。
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智能的机器人吸尘器
智能感应系统
用灵活的安全&防撞击 感应将家具及墙纸损伤降低到最 少化。. 提供防坠落感应, 感应机身被拿起，, 灰尘盒脱落感应, 刷 子过负荷感应, 滑轮过负荷感应, 电池过度放电感应等便 利，方便的服务。
刷子过度负荷感应
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耐用的机器人吸尘器
您所希望的机器人吸尘器的使用年限是？
玛纽尔机器人吸尘器采用高性能，使用寿命更长的 BLDC（吸入）电机和环保型磷酸铁锂电池。
磷酸铁锂电池
BLDC电机
BLDC电机是BrushLessDC电机的简写，是指无刷直流电 机，寿命是一般DC电机的10倍，可以使用5000小时。
灰尘和脱落感应 电机过度负荷感应
房间指示器系统
电池过度放电感应 机器被拿起感应
使用房间指示器，可以设定更多清扫区域。最多可以区 分3个清扫空间，系统能够执行防止机器人吸尘器进入 的虚拟墙功能，可以方便轻松地清扫。 ※根据不同产品型号，需另购特定指示器
防止坠落感应
亮度感应 感应障与碍物碰撞
障碍物感应 滑轮过负荷感应
DC电机寿命 : 约500小时 BLDC电机寿命 : 约 5,000小时 假如一天使用1小时机器人吸尘器的话 采用DC电机的吸尘器 : 使用约 1年 5个月 (500天) 采用BLDC电机的吸尘器: 使用约 13年9个月 (5000天)
磷酸铁锂电池不包含对人体有害的重金属及酸，符合环保， 并与传统的锂电池及镍电池相比，具有高达3倍的寿命 （可充放电1000次），而且由于耐高温的特性，使用非 常安全，爆炸危险性几乎为零。
电动汽车用余热回收型热泵空调系统的实验研究
电动汽车用余热回收型热泵空调系统的实验研究
李杰 渊 艾泰斯热系统研发渊 上海冤 有限公司袁上海 201108冤
摘 要院本文设计开发了一种具有余热回收功能的电动车用热泵空调系统袁并通过实车管路状态的系统台架搭建袁在焓差实
验室进行了性能测试遥 实验结果表明院相较于基准空调系统中 PTC 电加热制热方式袁除雾模式余热回收型热泵系统可节能 86%以
气污染物[4]遥 辽宁沈阳结合得天独厚的水文地质特点优势袁经过 科学分析袁大力发展水源热泵技术袁在推广水源热泵应用方面 走在了全国的前列[5]遥 本文通过调取数据资料与走访调查等方 式对该校区 201 7 年之前供暖系统存在的问题进行了分析袁并结 合当前该校区的实际情况设计出了地源热泵改造方案袁为中国 北方地区高校供暖系统改造提供了参考价值遥
整车热管理系统冷却液回路尧制冷剂回路和空气侧回路的有机 结合遥
本文在总结国内外现有研究成果的基础上袁设计了一种余 热回收型热泵空调系统遥 该系统通过冷却液回路和制冷剂回路 的合理设计袁将电池尧电机和电控系统的热量与乘客舱的采暖 需求匹配耦合袁实现了空调系统不同模式在不同环境温度下的 余热回收遥 本文搭建了实车管路状态的系统台架袁并通过实验 设计对该系统进行了性能测试袁最终将实验结果与无余热回收 功能的电动汽车用空调系统进行对比遥
1 余热回收热泵空调系统设计 1 .1 基准空调系统设计 基于普通电动汽车的空调系统袁其制冷模式尧除雾模式和 制热模式的系统架构遥 其中制冷模式与传统燃油车制冷类似袁 利用压缩机的蒸气压缩循环使制冷剂在蒸发器内蒸发吸热袁达 到乘客舱制冷的效果曰制热模式需要利用高压电加热器 PTC袁额 外将电能转换成热能袁达到乘客舱制热的效果曰除雾模式则是 制冷模式和制热模式的结合袁蒸发器负责制冷除湿袁PTC 负责加 热回温提高乘客舱的送风温度遥 1 .2 余热回收型空调系统设计 空调系统中的空调箱 H V A C 增加内置冷凝器袁用于热泵制 热循环袁可利用制冷剂在内部冷凝器内冷凝放热实现乘客舱加 热遥 此时系统制热量等于外部换热器的吸热量加上压缩机耗 功袁制热 CO P 大于 1 袁可有效降低采暖能耗遥 另外袁内置冷凝器 仅用于制热的功用袁 实现了空调系统中制冷 /制热换热器的分 离遥 因为在传统热泵空调系统中制冷 /制热共用换热器袁依靠四 通换向阀切换散热与吸热袁制冷模式切换为制热模式时袁空调 箱内部换热器表面的冷凝水会急速蒸发雾化在前挡风玻璃上袁 严重影响行车安全遥 此系统中制冷模式的运行与基准空调系统的类似袁利用压 缩机的蒸气压缩循环使制冷剂在蒸发器内蒸发吸热袁达到乘客 舱制冷的效果遥 然而余热回收型热泵的除雾模式大大区别于基 准空调系统的除雾模式袁进入空调箱的空气被蒸发器制冷除湿 后袁可利用内部冷凝器的冷凝热加热回温袁此时空调系统的冷 凝热取代了高压 PTC 的电加热功率袁在该模式下可极大的削减 空调系统的能耗袁实现节能高效运行遥 此外袁制热模式的余热回收方式包含间接余热回收和直接 余热回收遥 间接余热回收电机电池冷却液回路通过低温水箱 LTR 将热量释放到环境中袁 提升室外换热器的空气侧进风温 度曰直接余热回收电机电池冷却液回路的热量被 chiller 吸收袁改
Si操作手册
输入通道.........................................................................................3 ‐ 1
输入面板概述.................................................................................................. 3 ‐ 1 INPUT FADER SELECT输入推子选择按键（推子层选择）.................. 3 ‐ 2 输入通道推子.................................................................................................. 3 ‐ 3 ON按键............................................................................................................ 3 ‐ 3 SOLO按键....................................................................................................... 3 ‐ 3 SELect按键...................................................................................................... 3 ‐ 4 输入通道状态窗口.......................................................................................... 3 ‐ 4 旋钮.................................................................................................................. 3 ‐ 4
动力磷酸铁锂电池市场材料及成本
锂电池产业链：
在上游原材料中，正极材料是锂电池中最为关键的原材料， 直接决定了电池的安全性能和电池能否大型化，同时也是锂电池成本占比最高的材料，约占锂电池电芯材料成本的1/3左右。
正极材料——磷酸铁锂
*
磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP，也叫锂铁磷）电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，其工作原理和锂离子电池是一样的。 LiFePO4正确的化学式为LiMPO4，（M 可以是任何金属，如 Fe，Co，Mn，Ti等）。 其物理结构为橄榄石结构，从结构来看，可以用在锂离子电 池的正极材料还有AyMPO4, Li 1-xMFePO4, LiFePO4.MO等都 可以做正极材料。 其特色是不含贵重元素，原料价格低且磷，铁，锂在地球上 的资源含量丰富，供料不会存在很大问题。 除具有锂电池的共性特点外，还有一些特有的优点，比如其 工作电压适中（3.2V），容量大(170mAh/g)，高放电功率，可 快速充电且循环寿命长（高达2000次），在高温与高热环境 下的稳定性高。`
《汽车产业调整和振兴规划》明确提出，要“实施新能源汽车战略，推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化；掌握新能源汽车的专用发动机和动力模块（电机、电池及管理系统等）的优化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术；三年内建立动力模块生产体系，形成10亿安时（Ah）车用高性能单体动力电池生产能力这对国内动力电池生产企业及电池管理系统供应商提出了不小的挑战。
正极材料——磷酸铁锂与锰酸锂的电性能比较
生产锂离子动力电池必然要对正极材料进行选择。虽然从理论上讲，可以提供选择的正极材料品种繁多，但是目前真正可以应用商业生产用途的锂离子正极材料很少，归纳下来只有磷酸铁锂、锰酸锂材料。下面我们对两种材料进行一下对比：
西门子等时模式
等时模式
功能手册, 2006 年 3 月版, A5E00887011-01
3
前言
培训中心
Siemens 提供了多种课程以帮助新手熟悉 SIMATIC S7 AS 的使用。请与当地的培训中心，或 位于德国纽伦堡 (D 90327) 的培训中心总部联系。 电话：+49 (911) 895-3200 Internet 地址：/
等时模式
4
功能手册, 2006 年 3 月版, A5E00887011-01
目录
前言 ........................................................................................................................................................... 3
当出现多个危险等级的情况下，每次总是使用最高等级的警告提示。如果在某个警告提示中带有警告可能导致人身 伤害的警告三角，则可能在该警告提示中另外还附带有可能导致财产损失的警告。
合格的专业人员
仅允许安装和驱动与本文件相关的附属设备或系统。设备或系统的调试和运行仅允许由合格的专业人员进行。本文 件安全技术提示中的合格专业人员是指根据安全技术标准具有从事进行设备、系统和电路的运行，接地和标识资格 的人员。
1.3
选择适当的拓扑来优化动态响应...................................................................................................15
1.4
添加的定性和定量值.....................................................................................................................16
px4 代码结构
px4 代码结构PX4是一种开源的自动驾驶飞控系统，其代码结构可以分为四个主要部分：飞控固件、中间件、驱动程序和应用层。
飞控固件是PX4的核心部分，它负责处理飞行控制算法、传感器数据处理、电机控制等基本功能。
固件代码主要由C++编写，由多个模块组成，包括飞行控制模块、姿态估计模块、导航模块等。
飞控固件采用实时操作系统（RTOS）来保证实时性和稳定性，其中常用的RTOS包括NuttX和FreeRTOS。
飞控固件还提供了丰富的配置选项，可以根据不同的飞行器类型和需求进行定制。
中间件是PX4的通信框架，负责处理飞控固件与外部设备之间的数据交换。
中间件代码主要由C++编写，采用基于发布-订阅模式的消息通信机制。
PX4使用MAVLink协议作为消息格式，通过串口、CAN总线等方式与外部设备进行通信。
中间件提供了一系列的接口，使得开发者可以方便地扩展和定制PX4系统。
驱动程序是PX4与硬件设备之间的接口层，负责读取和处理传感器数据、控制执行器等。
驱动程序代码主要由C++编写，包括传感器驱动、电机驱动等。
PX4支持多种传感器和执行器类型，如加速度计、陀螺仪、磁力计、GPS、电调等，通过相应的驱动程序与飞控固件进行交互。
应用层是PX4的上层应用程序，负责实现各种功能和任务。
应用层代码主要由C++和Python编写，包括自动驾驶功能、任务执行等。
PX4提供了一系列的内置应用程序，如自动起降、航点飞行、遥控器控制等，同时也支持开发者自行编写应用程序来实现特定的功能。
总结一下，PX4的代码结构包括飞控固件、中间件、驱动程序和应用层。
飞控固件是核心部分，负责飞行控制算法和基本功能；中间件处理飞控固件与外部设备之间的数据交换；驱动程序是硬件接口层，负责与传感器和执行器进行交互；应用层实现各种功能和任务。
这种模块化的代码结构使得PX4系统具有良好的可扩展性和定制性，可以适用于不同类型和需求的飞行器。
同时，PX4的开源特性也为开发者提供了学习和贡献的机会，促进了自动驾驶技术的发展和创新。
磷酸铁锂电池PPT幻灯片课件
在各项性能参数上会有一些差别；另外，有一些电池性能未列入，如电池内阻、自放
电率、充放电温度等。
4
• 磷酸铁锂动力电池的容量 有较大差别，可以分成三类： 小型的零点几到几毫安时、中 型的几十毫安时、大型的几百 毫安时。不同类型电池的同类 参数也有一些差异。这里再介 绍一种目前应用较广的小型标 准圆柱形封装的磷酸铁锂动力 电池的参数。其外廓尺寸：直 径为18mm、高650mm（型号为 18650），其参数性能如表2所 示。
—— 2009. 02. 20
1
一.磷酸铁锂电池的结构与原理
•
磷酸铁锂电池的全名应是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷
酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入
“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁（LiFe）动力
电池”。2002年后则推出磷酸铁锂动力电池。
19
• 笔记本电池PCM
20
二次过压 保护
PACK-
AFE (保护控制) SCL
SDA
Gas guage (电量计)
SMBC SMBD
三端可控 FUSE
PACK+
21
• NB电池原理图
22
• 此电路图有四大模块：模拟前端控制AFE BZ29330—实现 常规的一次保护； gas gauge IC BQ20Z90--可精确监测阻 抗改变或由电池老化、温度以及循环模式造成的电阻， 从而准确预计双节池组、三节电池组和四节电池组的运 行时间；MOS模块—开关作用；二次保护—电池包过压 保护/三端可控FUSE及NTC温度保护等
于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有
些差异。例如同一种型号（同一种封装的标准电池），其电池的容量有较大差别
超级计算机
¾ 超级计算机...............................................................................................................................1 超级计算环境 2007 年 3 季度运行情况简报 .........................................................................1
深腾6800
● 共197名用户，3季度增加用户6名。 ● 有134名用户利用LSF提交作业，共完成.51000多个作业，用户作业平均规模为5.9个CPU，累计 使用机时112万CPU小时（按Walltime计算）。 ● 2007年3季度，深腾6800的磁盘阵列系统与QsNet网络系统先后发生故障，导致深腾6800的平均 整体使用率有所下降，为83.5%（按Walltime计算），平均CPU利用率69.1%（按CPUtime计算）。CPUtim e与Walltime之比平均为82.7%。 ● 2007年3季度，作业平均等待时间为23.3小时。 ● 已完成作业按规模分布情况：串行作业数量占62.6%，4处理器节点内并行作业数量占21.1%。 而根据作业使用的CPU小时计算，占用机时最多的并行作业规模分别为16处理器、33-63处理器、32处理 器、64处理器，其比例分别为21.8%，18.1%，17.9%和12.4%，串行作业仅使用总机时的2.1%，表明深腾6 800的计算机时还是主要用于较大规模的并行作业计算。
1. Introduction ...................................................................................................................2
储能电池充放电实验实验报告
储能电池充放电实验实验报告
实验课程名称：储能电池充放电实验
实验项目名称
新威BTS-80V100A电池充放电实验
实验成绩
实验者
专业班级
学号
同组者
实验日期
充电结束后，工步号3设置搁置，消除极化。
工步号4选择“恒流放电”，电流参数为放电电流，电压为截止电压，，则当电池充电电压达到时进入下一步；分别为截止容量和工步时间。由于实验时间关系，充放电时间分别设置30分钟。
工步号5选择搁置结束实验。
充电容量：40KmAh、放电容量：40KmAh
5、小结、建议及体会
通过本次实验充分了解了电池的充放电特性，同时也发现对比铅酸电池，锂电池拥有优秀的性能。
四、实验内容，实验数据等记录
操作步骤：
（1）双击桌面的“图标进入软件界面，输入用户名和密码。软件界面中“073”主机表示充放电设备编号，即BTS-80V100A实验平台，多个通道图标可对相应的电池进行充放电操作。
（2）充放电实验参数设置：
选取一个电池通道，右击鼠标出现操作菜单。
选择“单点启动”弹出启动窗口可进行充放电操作，“工步号”为设置的操作顺序代号，可设置工步操作名称，可设置时间、电压、电流、容量等参数。
2015年6月11日
一.实验目的
1、了解磷酸铁锂电池、铅酸电池的充放电原理，分析充放电的影响因素。
2、学习实验平台不同充电模式的设定和操作方法，对电池进行充放电实验。
3、分析总结电池在不同充放电电流对电池性能的影响。
二、电池原理
正极反应：LiFePO4Li1-xFePO4+xLi++xe-；
简述活动的4种启动模式的机制。
简述活动的4种启动模式的机制。
活动的4种启动模式包括标准启动模式、单顶部启动模式、单任务启动模式和单实例启动模式。
1. 标准启动模式：默认的启动模式。
每次启动一个活动，就会创建一个新的实例，无论该活动是否已经存在。
每个实例都位于自己的任务栈中，可以随意在任务栈中打开、关闭或返回。
2. 单顶部启动模式：每次启动一个活动，如果该活动已经在任务栈中存在，则不创建新的实例，而是将该活动移动到任务栈的顶部。
这种模式确保同一活动的实例不会重复创建，同时保持任务栈中同一活动实例的唯一性。
3. 单任务启动模式：每次启动一个活动，如果该活动已经在任务栈中存在，则会关闭该活动上面的所有活动，重新创建该活动的实例，并将其放在任务栈的顶部。
这种模式保证了同一任务栈中只存在一个活动实例，适用于需要清除相关活动的场景。
4. 单实例启动模式：每次启动一个活动，如果该活动已经在任务栈中存在，则不创建新的实例，而是将已存在的实例直接复用。
这种模式保证了同一活动实例在整个应用程序中都是唯一的，适用于需要共享数据和状态的场景。
磷酸铁锂储能离子电池管理系统的应用研究
磷酸铁锂储能离子电池管理系统的应用研究摘要本文针对磷酸铁锂离子电池的应用现状和发展前景进行了简单综述﹐在研究磷酸铁锂电池理论及实际应用的基础上，介绍了电池的种类、市场优势、应用领域以及建立储能电池管理系统的趋势必要性﹐并通过精心设计了一种适合磷酸铁锂离子电池组的储能电池管理系统。
电池组管理系统是储能电池保护和管理的核心组成部分,本文中的储能电池管理系统采用模块化设计,主要包括电池堆管理系统，电池簇管理系统，电池管理单元，电流、电压和温度采集模块，高压盒等功能模块。
通过实验室性能测试，证明了此储能电池管理系统具有非常高的测量精度，同时具有较好的耐湿热性能以及绝缘耐压性能，表明该电池管理系统具有较高的可行性和安全性，在市场上具有一定的竞争力，为建立可靠、安全、智能化储能电池管理系统提供了一种新的设计思路。
关键词磷酸铁锂;电池组﹔管理系统﹔电流；离子电池中图法分类号 TK018；文献标志码 AApplication research of lithium iron phosphate energy storage ion battery management systemZHU Kui1, SUN Bing-xia2*（1.Zhongke Supercomputing Technology Co., Ltd, Shen zhen 518000, China; 2.Vocational and Technical College, Shen zhen 518000, China）[Abstract] This paper briefly reviews the current situation and development prospects of the application of lithium iron phosphate batteries, and on the basis of studying the theory and practicalapplication of lithium iron phosphate batteries, introduces the types, market advantages, application fields and the trend necessity of establishing an energy storage battery management system, andcarefully designs an energy storage battery management system suitable for lithium iron phosphate battery packs.Battery pack management system is the core component of energy storage battery protection and management, the energy storage battery management system in this paper adopts modular design, mainly including battery stack management system, battery cluster management system, battery management unit, current, voltage and temperature acquisition module, high voltage box and other functional modules. According to laboratory performance tests, it is proved that this energy storage battery management system has very high measurement accuracy, and has good moisture and heat resistance and insulation voltage resistance, which shows that the battery management system has high feasibility and safety, and has certain competitiveness in the market, which provides a new design idea for the establishment of a reliable, safe and intelligent energy storage battery management system.[Keywords] lithium iron phosphate; Battery pack, management system, current; Ion batteries1.引言随着全球经济不断发展，不可再生能源的日益紧缺，石油资源已表现出供不应求和价格高涨的现象。
Materials_Studio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用
大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (1), 332收稿：2023-05-29；录用：2023-06-21；网络发表：2023-07-06*通讯作者，Email:*******************.cn•自学之友• doi: 10.3866/PKU.DXHX202305082 Materials Studio 软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用许真铭1,*，刘庆生2，陈江安31 南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京210016 2 江西理工大学材料冶金化学学部，江西 赣州 3410003 江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州 341000摘要：将Materials Studio 软件使用引入计算化学和计算材料学等课程教学，采取“计算理论方法讲解 + 计算软件实践操作科研案例”模式进行高效课程教学，实现科研反哺高质量教学。
让学生在软件实践操作中运用、巩固理论知识概念，实现理论方法水平和软件操作技能的双重提升。
同时使课程教学内容变得形象具体，激发学生对计算化学和计算材料学课程的学习兴趣，培养学生的科研思维和探索能力，实现教学支撑高水平科研。
关键词：计算模拟软件；结构建模；量子化学计算；第一性原理计算；分子动力学模拟；蒙特卡洛模拟 中图分类号：G64；O6Application of Materials Studio Software in the Course Teaching of Computational Chemistry and Computational Materials ScienceZhenming Xu 1,*, Qingsheng Liu 2, Jiangan Chen 31College of Materials Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China. 2 Faculty of Materials, Metallurgy and Chemistry, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi Province, China.3 School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi Province, China.Abstract: Introducing the Materials Studio software into the course teaching of computational theory, such as computational chemistry, computational materials science, and applying the mode of “computational theory explanation + practical operation of research case by computational software” can significantly improve the teaching efficiency, realizing scientific research feeding the high-quality teaching. Application of the Materials Studio software in the course teaching can make students to apply and consolidate the theoretical knowledge concepts in the practice operations of software, and improve students’ theoretical method level and software operation skill level. Meanwhile, it makes the teaching content more vivid and specific, stimulates students’ interest in the course teaching of computational chemistry and computational materials science, and cultivate students’ scientific research thinking and exploration ability, realizing teaching supporting the high-level scientific research.Key Words: Computational simulation software; Structural modeling; Quantum chemical calculation;First principle calculation; Molecular dynamics simulation; Monte carlo simulation1 引言立德树人是新时代高校教育的根本任务。
磷酸铁锂的合成方法
磷酸铁锂合成工艺比较（1）高温固相法：J. Barkaer 等就磷酸盐正极材料申请了专利，主要采用固相合成法，以碳酸锂、氢氧化锂等为锂源，草酸亚铁、乙二酸亚铁，氧化铁盒磷酸铁等为铁源，磷酸根主要来源于磷酸二氢铵等。
典型的工艺流程为：将原料球磨干燥后，在马弗炉或管式炉内于惰性或者还原气氛中，以一定的升温加速加热到某一温度，反应一段时间后冷却，高温固相法的优点是工艺简单，易实现产业化，但产物粒径不容易控制，分布不均匀，形貌也不规则，并且在合成过程中需要使用惰性气体保护。
（2）碳热还原法：这种方法是高温固相法的改进，直接以铁的高价氧化物如Fe2O3，LiH2PO4和碳粉为原料，以化学计量比混合，在箱式烧结炉氩气气氛中于700℃烧结一段时间，之后自然冷却到室温，采用该方法做成的实验电池首次充放电容量为151mAh/g，该方法目前有少数几家企业在应用，由于该法生产过程较为简单控制，且采用一次烧结，所以它为LiFePO4产业化提供了另外一条途径。
但该方法制备的材料较传统的高温固相法容量表现和倍率性能方面偏低。
（3）水热合成法：S. F. Yang等用Na2HPO4和FeCl3合成FePO4.2H2O，然后与CH3COOLi 通过水热法合成LiFePO4，与高温固相法比较，水热法合成的温度较低，约150度~200度，反应时间也仅为固相反应的1/5左右，并且适合于高倍率放电领域，但该种合成方法容易在形成橄榄石结构中发生Fe错位现象，影响电化学性能，且水热法需要耐高温高压设备，工业化生产的困难要大些，据称Phostech的P2粉末便采用该类工艺生产。
（4）液相共沉淀工艺：该法原料分散均匀，前躯体可以在低温条件下合成，将LiOH加入到(NH4)2Fe(SO4)3.6H2O与H3PO4的混合液中，得到共沉淀物，过滤洗涤后，在惰性气氛下进行热处理，可以得到LiFePO4，产物表现出较好的循环稳定性。
（5）雾化热解法：雾化热解法主要用来合成前躯体，将原料和分散剂在高速搅拌下形成浆状物，然后在雾化干燥设备内进行热解反应，得到前躯体，灼烧后得到产品。
24种设计模式--状态模式【StatePattern】
24种设计模式--状态模式【StatePattern】 现在城市发展很快，百万级⼈⼝的城市⼀堆⼀堆的，那其中有两个东西的发明在城市的发展中起到⾮常重要的作⽤：⼀个是汽车，⼀个呢是...，猜猜看，是什么？是电梯！汽车让城市可以横向扩展，电梯让城市可以纵向延伸，向空中伸展。
汽车对城市的发展我们就不说了，电梯，你想想看，如果没有电梯，每天你需要爬 10 层楼梯，你是不是会崩溃掉？建筑师设计了⼀个没有电梯的建筑，那投资家肯定不愿意投资，那也是建筑师的耻辱呀，今天我们就⽤程序表现⼀下这个电梯是怎么运作的。
我们每天都在乘电梯，那我们来看看电梯有哪些动作（映射到 Java 中就是有多少⽅法）:开门、关门、运⾏、停⽌，就这四个动作，好，我们就⽤程序来实现⼀下电梯的动作，先看类图设计： ⾮常简单的类图，定义⼀个接⼝，然后是⼀个实现类，然后业务类 Client 就可以调⽤，并运⾏起来，简单也来看看我们的程序,先看接⼝：1 package com.pattern.state;23/**4 * 定义⼀个电梯的接⼝5 * @author /initial-road/6 *7*/8public interface ILift {910// ⾸先电梯门开启动作11public void open();1213// 电梯门有开启，那当然也就有关闭14public void close();1516// 电梯要能上能下，跑起来17public void run();1819// 电梯还要能停下来，停不下来那就扯淡了20public void stop();2122 }2324// 然后看实现类：2526 package com.pattern.state;2728/**29 * 电梯的实现类30 * @author /initial-road/31 *32*/33public class Lift implements ILift {3435// 电梯门关闭36public void close() {37 System.out.println("电梯门关闭...");38 }3940// 电梯门开启41public void open() {42 System.out.println("电梯门开启...");43 }4445// 电梯开始跑起来46public void run() {47 System.out.println("电梯上下跑起来...");48 }4950// 电梯停⽌51public void stop() {52 System.out.println("电梯停⽌了...");53 }5455 }5657// 电梯的开、关、跑、停都实现了，来看业务是怎么调⽤的：5859 package com.pattern.state;6061/**62 * 模拟电梯的动作63 * @author /initial-road/64 *65*/66public class Client {6768public static void main(String[] args) {69 ILift lift = new Lift();70// ⾸先是电梯门开启，⼈进去71 lift.open();7273// 然后电梯门关闭74 lift.close();7576// 再然后，电梯跑起来，向上或者向下77 lift.run();7879// 最后到达⽬的地，电梯停下来80 lift.stop();81 }8283 } 太简单的程序了，是个程序员都会写这个程序，这么简单的程序还拿出来 show，是不是太⼩看我们的智商了？！⾮也，⾮也，我们继续往下分析，这个程序有什么问题，你想呀电梯门可以打开，但不是随时都可以开，是有前提条件的的，你不可能电梯在运⾏的时候突然开门吧？！电梯也不会出现停⽌了但是不开门的情况吧？！那要是有也是事故嘛，再仔细想想，电梯的这四个动作的执⾏都是有前置条件，具体点说在特定状态下才能做特定事，那我们来分析⼀下电梯有什么那些特定状态： 门敞状态---按了电梯上下按钮，电梯门开，这中间有 5 秒的时间（当然你也可以⽤⾝体挡住电梯门，那就不是 5 秒了），那就是门敞状态；在这个状态下电梯只能做的动作是关门动作，做别的动作？那就危险喽 门闭状态---电梯门关闭了，在这个状态下，可以进⾏的动作是：开门（我不想坐电梯了）、停⽌（忘记按路层号了）、运⾏ 运⾏状态---电梯正在跑，上下窜，在这个状态下，电梯只能做的是停⽌； 停⽌状态---电梯停⽌不动，在这个状态下，电梯有两个可选动作：继续运⾏和开门动作； 我们⽤⼀张表来表⽰电梯状态和动作之间的关系： 看到这张表后，我们才发觉，哦~~，我们的程序做的很不严谨，好，我们来修改⼀下，先看类图： 增加了状态的类图 在接⼝中定义了四个常量，分别表⽰电梯的四个状态：门敞状态、关闭状态、运⾏状态、停⽌状态，然后在实现类中电梯的每⼀次动作发⽣都要对状态进⾏判断，判断是否运⾏执⾏，也就是动作的执⾏是否符合业务逻辑，实现类中的四个私有⽅法是仅仅实现电梯的动作，没有任何的前置条件，因此这四个⽅法是不能为外部类调⽤的，设置为私有⽅法。
Java工厂模式详解
工厂模式1. 简单工厂模式(Simple Factory)从设计模式的类型上来说，简单工厂模式是属于创建型模式，又叫做静态工厂方法（StaticFactory Method）模式，但不属于23种GOF设计模式之一。
简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。
简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式，可以理解为是不同工厂模式的一个特殊实现。
简单工厂模式的实质是由一个工厂类根据传入的参数，动态决定应该创建哪一个产品类（这些产品类继承自一个父类或接口）的实例。
该模式中包含的角色及其职责：（1）工厂（Creator）角色：简单工厂模式的核心，它负责实现创建所有实例的内部逻辑。
工厂类可以被外界直接调用，创建所需的产品对象。
（2）抽象产品（Product）角色：简单工厂模式所创建的所有对象的父类，它负责描述所有实例所共有的公共接口。
（3）具体产品（Concrete Product）角色：是简单工厂模式的创建目标，所有创建的对象都是充当这个角色的某个具体类的实例。
使用场景：工厂类负责创建的对象比较少；客户只知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象（逻辑）不关心；由于简单工厂很容易违反高内聚责任分配原则，因此一般只在很简单的情况下应用。
应用举例：对于一个典型的Java应用而言，应用之中各实例之间存在复杂的调用关系（Spring把这种调用关系成为依赖关系，例如A实例调用B实例来的方法，则成为A依赖与B）。
当A对象需要调用B对象的方法是，许多初学者会选择使用new关键字来创建一个B实例，然后调用B实例的方法。
从语法角度来看，这种做法没有任何问题，这种做法的坏处在于：A类的方法实现直接调用了B类的类名（这种方式也被称为硬编码耦合），一旦系统需要重构；需要使用C类来代替B类时，程序不得不写A类代码。
如果应用中有100个或10000个类以硬编码耦合了B类，则需要重新改写100个，10000个地方…..换一个角度来看这个问题：对于A对象而言，它只需要调用B对象的方法，并不关心B对象的实现、创建过程。
基于材料基因组方法的锂电池新材料开发
基于材料基因组方法的锂电池新材料开发肖睿娟;李泓;陈立泉【摘要】近年来,在锂二次电池新材料的研发过程中逐渐建立了基于材料基因组思想的高通量计算理论工具与研究平台.在该平台上,通过将不同精度的计算方法组合,实现了基于离子输运性质的材料筛选;通过将信息学中数据挖掘算法引入高通量计算数据的分析,证实了材料大数据解读的可行性.上述平台实现了在锂电池固体电解质的高通量筛选、优化和设计上进行新材料研发的示范应用,通过高通量计算筛选获得了两种可用于富锂正极包覆材料的化合物Li2SiO3和Li2SnO3,有效改善了富锂正极的循环稳定性;通过对掺杂策略的高通量筛选,获得了提高固体电解质β-Li3 PS4离子电导率和稳定性的方案;通过高通量结构预测设计了全新的氧硫化物固体电解质LiAlSO;并在零应变电极材料结构与性能的构效关系研究中进行了大数据分析的尝试,分析了零应变电极材料的设计依据.上述材料基因组方法在锂电池材料研发中的应用为在其他类型材料研发中推广这种新的研发模式提供了可能.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2018(067)012【总页数】10页(P309-318)【关键词】材料基因组;固态锂电池;固体电解质;低应变电极【作者】肖睿娟;李泓;陈立泉【作者单位】中国科学院物理研究所, 清洁能源重点实验室, 北京 100190;中国科学院物理研究所, 清洁能源重点实验室, 北京 100190;中国科学院物理研究所, 清洁能源重点实验室, 北京 100190【正文语种】中文1 引言可充放锂二次电池是下一代高能量密度电池最有希望的电池体系,它是电动汽车技术成败的关键,也是风电和光伏电储能的首选[1].能量密度高、安全性好、充放电速度快的下一代锂二次电池是主要的发展方向[2].在锂二次电池技术的发展历程中,每一次电池性能的显著提升都与新材料的发现和发明息息相关[3].从广泛应用于消费电子产品的钴酸锂LiCoO2正极到掺杂改性的三元LiNixCo1−xMnxO2正极材料,有效提高了锂离子电池的能量密度;磷酸铁锂LiFePO4则以其稳定性而成为高安全性的正极材料;硅负极材料经历从设计到产业化的历程,成为下一代高容量负极的首选材料;钛酸锂则由于其“零应变”的特性成为具有高循环稳定性的负极材料.可以预见,新材料的发现仍然是促进下一代锂二次电池发展的关键.传统的电池材料研发是基于以“试错法”为特征的开发模式,从发现到应用的周期很长,一般需要20年或更长时间.为加速材料从研究到应用的进程,美国政府于2011年6月提出了“材料基因组计划(Materials Genome Initiative)”,希望通过材料研发模式的革新,将材料从发现到应用的速度提高一倍,成本降低一半[4].目前,美国、日本和欧盟等发达国家均作为国家战略支持了一批科研机构开展将“材料基因组”思想应用于锂电池材料开发的研究.我国也及时在该方向开始了探索.“材料基因组”科学研究的关键是实现材料研发的“高通量”,即并发式完成“一批”而非“一个”材料样品的计算模拟、制备和表征,即高通量计算、高通量制备与高通量表征,实现系统的筛选和优化材料,从而加快材料从发现到应用的过程.利用“材料基因工程”方法,通过高通量、多尺度的大范围计算和搜索,借助数据挖掘技术和方法,有望筛选出可能具有优异性能的新材料,从而探索材料基因组方法在研究开发锂电池材料和先进功能材料中的应用.本文针对锂二次电池材料中特有的科学基础问题,介绍材料基因组方法的发展及其对下一代锂二次电池关键材料开发的促进作用.2 材料基因组方法的发展与探索2.1 锂二次电池材料研究中的基础科学问题在锂二次电池的工作过程中,电池材料中电子、离子、界面的性质与电池器件的能量密度、安全性、充放电速率、循环稳定性等性能有着密不可分的联系.如图1所示,电池在充放电循环过程中的电荷转移、电子输运、电荷分离等现象与电极材料中的电子结构相关;而电极与电解质材料中的离子传输性质则决定了Li+在电池工作过程中的扩散路径、扩散势垒和扩散系数,与电池的充放电速率、极化现象等相关;电极/电解质界面处的微观结构则与循环过程中的热稳定性、电化学稳定性相关联,与电池器件的循环性能密不可分[5].因此,要发展更高能量密度、更高安全性和更快充放电速率的锂二次电池,需要针对与各个目标相关的材料性质进行改进.例如:通过提高电极材料的可转移电子数和可转移离子数来提高其储锂容量,获得更高能量密度的正、负极材料;通过探索与锂离子运动快慢相关的结构因素,找寻离子电导率更高的电解质材料,获得更快的电池充放电速率;通过研发不含有机可燃电解质、并具有稳定电极/电解质界面的固态电池来改善器件整体的安全性等[1,2].图1 锂二次电池器件中存在的基础科学问题Fig.1. The basic scienti fi c questions existing in lithium secondary batteries.随着电池研究的不断发展,全固态电池已成为下一代锂二次电池的主要研究方向(图2).在采用固体电解质替换传统使用的有机液态电解质后,有望避免有机电解质的挥发、分解、可燃等隐患,从而提高电池的安全性[6−8].此外,由于采用了固态电解质,使得金属锂负极的应用成为可能,这就为正极材料的选择提供了更为广阔的空间,使得不含锂的化合物也有可能用作锂电池的正极.在锂二次电池的中期研究目标中,采用金属锂负极、固体电解质和高容量正极材料的全固态电池可获得300—400 W·h/kg的能量密度.然而,锂离子在固体中的传输速度通常比其在液态中的传输速度慢1—2个数量级,因此,发现具有高离子传输速度的固体电解质十分重要[9].同时,原本传统电池中电极与液态电解质之间的固/液界面在全固态锂电池中成为固/固界面,随着锂离子在电极材料中的脱出和嵌入,电极材料的体积会发生变化,此时,电极与电解质之间固/固界面的力学稳定性、热力学稳定性和电化学稳定性等都成为影响电池循环寿命的重要因素,发现锂脱嵌时体积变化小的“低应变”材料可提高界面的稳定性[10,11].由此可见,发明具有高离子电导率的固态电解质与体积变化小的低应变电极是全固态锂电池材料发展的关键.图2 下一代锂二次电池器件的发展路线图Fig.2.The roadmap for the next-generation lithium secondary batteries.2.2 适用于锂电池材料开发的高通量计算方法发展锂二次电池材料中,锂离子的输运快慢与电池性能息息相关.然而,基于量子力学方法的离子输运性质计算的运算量非常大,每种结构的计算常常耗时几天.因此,基于离子输运性质的量子力学计算不适合于直接用来发展高通量算法,需要通过合理设计筛选流程和发展适合于离子输运性质筛选的计算方法来实现对关键材料固体电解质的开发[12].离子输运性质的计算方法可分为图3所示的三种:根据锂离子是在晶格中一定的几何空间里运动,因此可通过Voroni-Dirichlet等空间分析方法来判断晶格中是否存在锂离子可运动的通道[13];更进一步的方法考虑了锂离子在晶格中的成键情况,根据锂离子在晶格中键价失配度来判断锂离子的通道和势垒值,这种方法基于半经验势函数,计算量小,对单个晶体结构仅需几分钟就可完成计算[14,15];最为精确的计算模拟方法是采用基于密度泛函理论(DFT)的量子力学计算,结合过渡态理论或分子动力学方法,得到能量势垒低的迁移路径,这种方法计算精度高,但运算量大,对于单个离子迁移路径,通常也需要若干小时至若干天的运算时间[16].显然,运算量过大是限制计算方法高通量化的主要原因.图3 计算离子输运性质的几类方法及对应的计算量Fig.3.The calculation methods for ion conduction and the computation costs.针对各种计算方法的特点,我们设计了将不同精度计算方法相结合的高通量筛选流程[17].基于化学成键作用的键价计算程序可在数分钟内半定量地模拟出材料中的锂离子输运路径和迁移势垒,非常适合于大范围计算的高通量筛选.基于DFT的过渡态计算能准确地计算出离子输运的势垒,但计算量大、耗时长,适合于对单个材料进行深入研究.基于此,我们将不同精度的计算方法用于材料计算筛选的不同阶段:首先依据材料的使用条件通过元素筛选缩小范围,然后采用快速的键价计算进行初步筛选去除离子输运势垒较大的化合物,最后采用基于密度泛函的模拟对上一步筛选得到的材料进一步精确计算获得最终的备选材料,从而有效地提高了整体的筛选效率,实现了锂二次电池材料中快离子导体的高效筛选.基于上述筛选思路,我们采用模型材料计算了Li+迁移时在库仑场中的库仑能变化,通过与DFT计算得到的迁移势垒相比,发现了两者之间的对应关系,由此说明了库仑作用与离子迁移势垒的相关性.在此基础上,通过引入Adams和Prasada Rao[15]改进的键价和理论来描述锂离子与阴离子之间的成键作用,由此开发出了能快速地定性预测材料中离子输运路径和迁移势垒的计算程序BV-path[17].通过编写图4中的一系列脚本实现了从无机晶体结构数据库中的晶体结构文件自动生成计算所需要的结构、占位、电荷等输入文件,并自动提交运算,进行超晶胞建立、空间格点生成、键价和计算、势能计算等过程,最后自动输出计算结果,获取晶体结构中可能存在的离子输运路径与迁移势垒.我们采用高通量的自动化计算方法,对无机晶体结构数据库中1000多种含锂的氧化物进行了锂离子输运路径和迁移势垒的计算,获得了一系列化合物的离子输运性质数据[12].通过将计算结果与采用密度泛函过渡态理论计算得到的势垒数据相比较,证实了采用半经验势的键价方法能有效地给出不同晶体结构中离子输运性质的难易程度,其预测结果可给出与密度泛函相同的变化趋势,可定性地描述离子在晶体中的传输过程,从而可以有效地用于离子输运性质的初步筛选.图4 通过一系列命令脚本实现运算过程的自动化Fig.4. The series of scripts to realize the highthroughput calculation automatically.3 高通量计算方法应用于锂二次电池的新材料设计3.1 富锂正极新型包覆材料的筛选在全固态电池中,电极/电解质界面的稳定性和离子电导率都影响着电池的整体性能.在电极表面包覆上能传输锂离子并阻隔电极、电解质之间发生反应的化合物往往能改善电池的综合性能.若包覆物与电极具有相似的晶体结构,将更易于形成结合紧密、应力较小的界面层.从高通量计算筛选的1000多种含锂氧化物中,不仅能发现离子输运势垒较低的快离子导体备选材料[12],而且还发现了一些与目前所研究的电极材料具有相似结构并且能传导锂离子的化合物,这些化合物有可能用作电极的包覆材料,从而改善电极的综合性能.基于材料基因组思想,通过采用高通量计算筛选,综合考虑结构匹配、扩散通道、导电性等因素,发现了两种可能与锂离子电池富锂正极材料相匹配的包覆化合物Li2SiO3和Li2SnO3[18].这两种材料都属于离子化合物,具有较好的离子导电性,并且在化学结构上与富锂材料((1−x)Li2MnO3·xLiMO2)中的母相材料Li2MnO3相似,因此可尝试选择其作为富锂材料的表面修饰层.图5展示了Li2SiO3和Li2SnO3的晶体结构及采用键价方法计算得到的离子输运通道,可以看出它们具有与Li2MnO3[17]相似的层状结构及二维离子输运通道.图5 用键价方法计算得到的(a)Li2SiO3和(b)Li2SnO3的离子输运通道Fig.5.TheLi+migration pathways in(a)Li2SiO3and(b)Li2SnO3simulated by bond-valence method.通过实验制备包覆后的富锂正极材料并测试其电化学性能,证实了包覆材料Li2SiO3和Li2SnO3可有效改善Li2MnO3电极的循环稳定性[18].对比包覆前后电极的循环伏安曲线、交流阻抗谱等实验结果,发现包覆的主要作用是加速了电极扩散速度,抑制了循环过程中界面阻抗的增大,从而改善了电极的反应动力学.其中Li2SiO3修饰后的材料在表面会与电解液发生化学反应,生成路易斯酸.生成的这种强酸一方面能够加速过渡金属离子的溶出,中和材料表面的碱性绝缘杂质,另一方面形成的表面固溶体有利于表面锂离子的扩散,使材料表现出更好的电化学性能和结构稳定性.而Li2SnO3为修饰层的材料在活性材料表面作为保护层不仅能够保护材料免受电解液的腐蚀,抑制过渡金属离子的溶出,而且提高了材料的动力学行为,从而使材料具有较好的电化学性能.3.2 高通量计算筛选固体电解质β-Li3PS4的优化改性方案目前从改善锂二次电池安全性的角度考虑,全固态锂电池被公认为未来二次电池的重要发展方向.在传统的锂二次电池中,电解液体系采用了液态可燃的有机溶剂,而全固态锂二次电池则采用稳定的固态电解质材料,有望从根源上改善电池的安全性问题.此外,在全固态锂二次电池中,有可能采用金属锂作为负极材料,而金属锂负极的理论容量是锂电池体系的最高极限,其电位也是所有负极材料中最低的,因此可以大大提高锂二次电池体系的能量密度.然而,使用固体电解质材料体系的一个最大问题是锂离子在固体电解质材料中的离子输运很慢.一般来说,锂离子电导率在固体电解质中要比在液体电解液中低1—2个数量级.开发兼具高离子电导率、高稳定性、高机械强度的固体电解质材料势在必行.在已经研究过的固态电解质材料中,硫化物作为目前发现的具有最高锂离子电导率的固体化合物,一直是研究中的热点[19].然而硫化物在空气中的敏感性以及它在与氧化物正极界面处表现出的化学不稳定性,极大地限制了硫化物在固态锂电池中的实际应用[20,21].Li-P-S体系是目前发现的稳定性最高的含锂硫化物体系,对该体系中的组分进行改性优化,有望在提高其离子电导率的同时进一步提升其稳定性,从而获得新的固态电解质备选材料.通过采用密度泛函计算与键价计算相结合的方法,可以对大量的掺杂改性方案进行高通量的计算筛选.采用可准确确定晶体结构的密度泛函计算来获得掺杂后的原子位置信息,再通过键价计算快速选择其中有利于降低锂离子迁移势垒的掺杂方案.通过对β-Li3PS4的P位进行Sb,Zn,Al,Ga,Si,Ge,Sn 的掺杂,以及对S位进行O掺杂的研究发现,用氧替换晶格中部分硫或用锌氧两种元素对β-Li3PS4进行共掺杂能有效提高其离子电导率(图6)[17].进一步关于其稳定性的计算表明,氧的掺入提高了β相的稳定性,降低了该材料在室温附近向γ相转变的趋势[17,22].图6 (a)采用密度泛函计算与键价计算结合的高通量计算流程,筛选能改善β-Li3PS4离子电导率和稳定性的掺杂改性方案;(b)P位掺杂Sb,Zn,Al,Ga,Si,Ge,Sn以及S位掺杂O后计算得到的锂离子迁移势垒[17]Fig.6.(a)High-throughput screening for the doping strategy of β-Li3PS4by the combination of density functional theory and bond-valence(BV)calculations;(b)calculated Li+migration energy barriers for Sb,Zn,Al,Ga,Si,Ge,Sn doped P-site and O doped S-site[17].在通过高通量计算筛选获得了材料改性的优化方案后,基于密度泛函的高精度计算可有效揭示掺杂对材料性能的改善机理.计算得到的电子结构表明上述性能的改善来源于P—O键与P—S键之间的差异.氧掺杂β-Li3PS4引起了[PS4]3−单元局域结构变化,在掺杂单元[PS3O]3−附近提供了更多供锂离子运动的空间,形成了新的离子输运路径,使得原本的二维输运方式转变为三维输运方式.对β-Li3PS4与金属锂界面的模拟显示,与锂接触的[PS3O]3−单元虽然发生显著的形变,但并未发生化学键的断裂,从而稳定了两者的接触界面[23].3.3 高通量结构预测方法发现全新结构的固体电解质LiAlSO在通过高通量计算筛选固体电解质β-Li3PS4优化改性方案的过程中,氧掺杂显示出了对硫化物稳定性提升的显著效应.在目前探索的固体电解质材料中,氧化物和硫化物均显示出各自的优势.与硫化物相比,氧化物具有更高的稳定性,也更加容易制备,然而其离子电导率仍然远低于硫化物.而硫化物虽然具有较高的离子电导率,但使其稳定存在的条件更为苛刻,且制备过程更为困难.考虑到硫化物和氧化物各自的特点,我们提出了设计多种阴离子共存的快离子导体设计思想,并尝试设计含锂的氧硫化物,以集成硫化物高离子电导率和氧化物高稳定性的优点.高通量结构预测算法可用于在已知元素组成的空间里设计全新的晶体结构,该方法已成功应用于高压条件下新型化合物的寻找[24−26].通过采用CALYPSO软件[27]在Li-Al-S-O的元素空间中构建具有各种空间群的晶体结构,并对其进行结构优化和能量计算,基于其中能量低的结构运用粒子群优化算法生成新的结构,在此优化过程中,逐渐找到由这四种元素按照1:1:1:1的比例形成的最稳定结构.计算结果显示[28],这种全新的氧硫化物LiAlSO具有与β-NaFeO2相似的正交结构,AlS2O2层沿b轴方向平行排列,Li离子位于层间与S和O形成扭曲的四面体单元(图7).基于密度泛函的计算表明,Li离子在该材料中沿a轴方向的离子迁移势垒低于50 meV,是典型的快离子导体,因此,该化合物作为一种全新的快离子导体,可以成为固体电解质的备选材料,并且兼具高离子电导率和改善的化学稳定性.图7 (a)采用高通量晶体结构预测算法得到的含锂氧硫化物LiAlSO的晶体结构;(b)密度泛函计算得到的锂离子在该结构中的输运势垒[28]Fig.7.(a)New oxysul fi de LiAlSO designed by high-throughput crystal-structure prediction calculations;(b)the lithium ion migration barriers simulated by using density-functional theory method[28].3.4 数据挖掘方法研究零应变电极材料中结构与体积变化的关联基于材料基因思想的高通量计算与高通量实验测试为新材料研发领域不仅提供了新的研究思路,而且带来了成倍增长的数据信息,为大数据方法在材料学中的应用打下了基础[29−31].在电池材料中还存在许多尚未研究清楚的现象,探寻结构与性能之间的关联有助于建立起搜寻具有目标物性材料的快捷方法.机器学习技术已被用于获取材料性质与各种复杂的物理因子之间的统计模型,例如通过预测分子的原子化能寻找热力学稳定的新化合物[32,33].在固态锂二次电池中,固态电解质/电极界面上的稳定性与电池的循环特性紧密相连,其中界面的力学稳定性主要由电极在脱嵌锂过程中的体积变化决定.电化学循环过程中,固态电解质的体积并不发生显著变化,而电极材料则在锂含量增加和减少的过程中会发生体积的变化,若体积变化过大,会造成固态电解质与电极之间接触界面的松散,影响离子在界面的传输[34].因此,寻找脱嵌锂过程中体积变化小的“低应变”材料十分必要.基于第一性原理计算得到正极材料在脱锂前后的晶胞体积,以及根据晶体结构、组分、元素、电荷等信息提取描述因子,在此基础上尝试采用机器学习中的多元线性回归分析来寻找影响体积变化的主要因素,构建微观结构与体积变化之间的关联[35].图8显示了采用数据挖掘方法研究目标变量与描述因子之间关联的三个主要步骤.首先需要进行数据准备,获得不同样本中目标变量的数据,这里针对尖晶石结构的正极材料LiX2O4和层状结构的正极材料LiXO2(X为可变价元素)共28种结构,通过密度泛函计算对材料在脱锂前和完全脱锂后的结构进行优化,获得由于脱锂导致的体积变化百分比.接下来需要对每个样本建立一系列描述因子,用于表述其原子层面的微观信息,由于并不清楚哪些因子与体积的变化有关,因此列出了尽量多的描述因子,期望通过数据挖掘模型的构建探寻这些因子与目标物性(体积变化)之间的关联.在本研究中,为每种结构选取了34个描述因子,包括与晶格参数相关的7个参数、与组成元素基本性质相关的10个参数、与局部晶格形变相关的12个参数、与电荷分布相关的3个参数和与组分相关的2个参数.在具备了描述因子与目标变量的数据后,就可开始采用数据挖掘的方法来建立因子与变量之间的关联,对于所建立的模型,需要采用统计参数来评估其可靠性及预测能力,并在合理的预测范围内对新的结构进行目标物性的预测.图8 采用多元线性回归数据挖掘方法分析脱锂前后晶格体积变化与结构之间的关联Fig.8.Three steps for searching the relationship between volume change and atomic structure by partial least squares(PLS)analysis.图9 采用PLS模型因子重要性分析探寻对正极材料脱锂过程体积变化影响较大的参数[35]Fig.9.Variable importance in projection plot of the independent variables for the modelling[35].通过采用“Leave-One-Out”方法进行评估,发现在上述问题中采用11个相关变量(11 components)时得到的Q2指数最大,表明此时得到的模型最为稳定.进一步的因子重要性分析表明(图9),尽管离子半径是晶格体积变化的重要决定因素,但体积变化并不仅仅与离子半径有关,过渡金属的成键参数及过渡金属氧八面体的局域结构也对体积变化起到作用.在此模型的基础上,可以构建含有多种过渡金属的正极材料,共同调节体系在脱嵌锂过程中的体积变化,最大程度地减小由于锂含量变化导致的晶格体积变化率.4 结论针对固态锂二次电池的研发,我们及时开展了适用于锂电池材料的高通量计算方法的探索,发展了包含离子输运性质在内的、融合不同精度的计算方法,建立了基于锂离子输运势垒的高通量计算筛选和优化流程,实现了多种材料的并发计算、监控计算中间过程、分析计算结果、基于计算结果对材料性能的判断和考核等功能.运用该自主研发的高通量计算平台,已成功筛选了无机晶体结构数据库中含锂的氧化物[12],发现了两种能改善富锂正极循环性能的包覆材料;并对硫化物固体电解质进行了掺杂方案的高通量计算优化[17],由此提出了构建多种阴离子共存的固体电解质的设计思想,发明了一种全新的氧硫化物固体电解质[28];根据高通量计算所汇集的。
feign 实现原理
feign 实现原理Feign是一种轻量级的Restful HTTP客户端，它是Netflix开发的一个开源项目，用于简化HTTP通信的过程。
Feign的实现原理可以分为三个主要部分：注解解析、动态代理和HTTP请求。
首先，Feign通过注解解析来定义和描述HTTP请求。
在接口方法上使用注解，如`@GetMapping`、`@PostMapping`等，来指定请求的URL、请求方法、请求头等信息。
同时，还可以使用`@PathVariable`、`@RequestParam`等注解来传递参数。
通过注解解析，Feign能够根据方法和注解的信息，构建出符合HTTP规范的请求。
其次，Feign通过动态代理来生成接口的实现类。
当我们定义一个接口并使用Feign进行远程调用时，Feign会使用动态代理将接口的方法和注解封装为HTTP请求。
创建代理对象后，我们就可以直接调用接口的方法，而无需关心底层的HTTP请求细节。
动态代理的使用使得Feign在做动态处理时非常灵活和高效。
最后，Feign通过HTTP请求发送和接收数据。
底层的HTTP请求可以使用多种HTTP客户端实现，如Apache HttpClient、OkHttp等。
Feign通过配置文件或代码方式配置HTTP客户端，并提供了多种自定义配置选项，如连接超时、读写超时等。
凭借这些配置，我们可以优化和保护网络通信，提高系统的性能和安全性。
综上所述，Feign实现原理主要包括注解解析、动态代理和HTTP请求。
通过这种设计，Feign使得我们在进行HTTP通信时变得更加简单和便捷。
它能够帮助我们快速构建和维护可靠的分布式系统，提升开发效率和系统性能。
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0 20 40 60
Carbon coated LiFePO4 >> Bare LiFePO4 over all temp.
Number of cycles
Discharge capacity at 3 C-rate : not proportional to electrical conductivity
Capacity retention after 50 cycle @ 120oC
LiBOB/EC:DMC LiBOB/EC:DEC LiBOB/PC LiBOB/γBL
100 100 100 100
14
87 87 87 77 86 92 89
The effect of carbon coating
리튬 이차전지의 양극 재료인 LiFePO4 의 고출력 향상
The improvement of rate capability in LiFePO4 as cathode material in lithium ion batteries
Seung M. Oh
Electrochemical Energy Storage & Conversion Lab.
Carbon-coated LiFePO4 1C 2C 3C 1C 5C 8C
25oC 85oC 120oC
150
150
10C
100
8C
10C
100
50
50
0 20 40 60
0 20 40 60
Number of cycles
Number of cycles
Sample @ temp. Bare LiFePO4 @ 25oC Bare LiFePO4 @ 85oC Bare LiFePO4 @ 120oC Carbon coated LiFePO4 @ 25oC Carbon coated LiFePO4 @ 85oC Carbon coated LiFePO4 @ 120oC
120
140
Specific capacity (mAh g-1)
11
Summary 1
The improvement of rate capability by blending
– The electrical conductivity problem of LiFePO4 was improved by adding LiMn2O4 . • LiMn2O4 serves as conducting aids toward LiFePO4 . - LiMn2O4 exerts most of it’s capacity when it is blended with LiFePO4.
40 20 0 10 20
30
40
50
10
20
30
40
50
Number of cycles
Number of cycles
Electrolyte
Capacity retention after 50 cycle @ 25oC
Capacity retention after 50 cycle @ 85oC
Specific capaicity (mAh/g)
Specific capacity (mAh/g)
5C/1C = 83%
5C/1C = 29%
7
Rate capability of blended cathode
LMO40LFP60
4.4 4.2
Cut-off : 3.0V LMO 2C/1C 5C/1C 97% 83% C-LFP 50% < 1% LMO40LFP60 96% 83%
12
Part 2 : Cell operation at high temp.
13
Cycle performance with LiBOB
160
160
Discharge capacity/mAhg-1
120 100 80 60
1M LiBOB EC:DMC 1:1
Discharge capacity/mAhg-1
3
LiMn2O4 Spinel 4V 148 mAh/g 120mAh/g ~10-4S/cm ~10-7cm2/s Unstable Low Cheap
LiFePO4 Olivine 3.5V 170 mAh/g 150mAh/g ~10-7S/cm ~10-16cm2/s Stable Low Cheap
Objectives
How can we overcome the disadvantages of LiFePO4 ? - Low electrical conductivity, ionic conducitivy
- Poor rate capability
4
Methods to solve the low rate capability
3.25
3.20
3.15
Voltage (V vs. Li/Li+)
9
Capacity exertion mechanism
New-type discharge profile – Constant voltage region at 3.6V : LMO - discharge, C-LFP – no reaction
3.0
1 cycle 50 cycle
0 40 80 120 160
60
Number of cycles
Capacity / mAhg-1
Sample
Bare LiFePO4 C-LiFePO4
Capacity retention after 50 cycle @ 85oC
87 98
15
Capacity retention after 50 cycle @ 120oC
1
Introduction
2
Cathode Materials’ Properties
LiCoO2 Structure Operating voltage Theoretical capacity Practical capacity Electrical conductivity Diffusivity Thermal stability Toxicity Price Layered 4V 273 mAh/g 160mAh/g ~10-3S/cm ~10-9cm2/s Unstable High Expensive
140
140 120 100 80 60 40 20 0
1M LiBOB EC:DEC 1:1 1M LiBOB PC 1M LiBOB γBL
Bare LiFePO4 @ 85oC 1C-rate
1M LiBOB EC:DEC 1:1 1M LiBOB PC 1M LiBOB γBL
Bare LiFePO4 @ 120oC 1C-rate
17
Nyquist plots
After 1st charge/discharge
1000 Bare LiFePO4__exp. Carbon-coated LiFePO4_exp. fitting o 25 C
Rct Zw Rs
80 Bare LiFePO4__exp. Carbon-coated LiFePO4_exp.
5e-4
6000 5000 C-LFP LMO20LFP80 LMO40LFP60 LMO60LFP40
Conductivity (S/cm)
4e-4
4000
-dQ/dV
3e-4
3000 2000 1000
2e-4
1e-4
0 -1000 3.45
C-LFP
LMO50LFP50
LMO
3.40
3.35
3.30
Electrical conductivity regarding temp.
Temp. increase
200
1e+0 1e-1 1e-2 1e-3 Carbon coated LiFePO4
Activation energy(meV)
Discharge capacity/mAhg-1
Bare LiFePO4
LMO
4.4 4.2
C-LFP
4.0
3.8 3.6 3.4 3.2
Voltage vs. Li/Li+
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Voltage vs Li/Li+
4.0
3.5
3.0
2.5
3.0 2.8 2.0 0 20 40 60 80 100 120 140 160
scharge capacity(1C) / mAh g-1 68 134 144 96 137 142
16
Capacity retention (5C/1C) / % 10 49 71 71 95 96
Capacity retention (10C/1C) / % 0 0 30 61 85 84
LMO
4.4 4.2
Current density (mA/g)
Constant Current -800
Constant Voltage
Constant Current
Voltage vs Li/Li+
4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0 Constant voltage at 3.6V 5C 1C 0 20 40 60 80 100 120 140
92 97
Rate capability of LiFePO4 / LiBOB PC / Li cell