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无论是锂电池电极材料，还是固态电解质，锂离子的迁移速率都直接决定了其倍率性能，而倍率性能又决定了手机/汽车是1小时充满电还是1分钟冲满电。通过理论计算可以直接算出Li+的扩散系数，从而直接衡量倍率性能。昨天！锂离子电池终于拿到了诺贝尔化学奖。小编也是早就预测并编辑好了这三个人的资料，在直播公布的第一分钟就发出了新闻。可以预测，未来一段时间锂离子电池研究必然又又又又会成为热点。理论计算在锂电池研究中也将会扮演越来越重要的角色。本文将介绍一个计算锂电池倍率性能的重要方法：从头算分子动力学 (AIMD) 算扩散系数、扩散能垒。算出扩散系数，离子迁移率/离子电导等性质都能随之算出。我们知道目前商用稳定的锂电池电极材料都是这种脱嵌锂的材料。计算 Li 的扩散系数、扩散能垒有两种方法：第一个是算过渡态然后套用 Arrhenius 公式。 
第二个是通过 AIMD 模拟算扩散系数。第一种方法比较简单，但是不如第二种准确且人为因素强。这里主要介绍第二种方法：重复这篇文献（Chem. Mater. 2012, 24, 15−17.出自锂电计算大牛 Gerbrand Ceder 组）：
（1）第一步对体系退火升温到指定温度：600 K 800 K 1000 K 1200 K 1400 K。在每个温度下经行预平衡并进行 40 ps 的 AIMD 模拟。（2）第二步计算均方位移（Meansquare displacement, MSD ）：MSD 既可以计算三维运动，也可以只考察 1D 或 2D 的运动。VMD 可以计算RMSD，即 Root Mean square displacement，对其进行平方即可得到 MSD。（3）第三步计算扩散常数（diffusion coefficient），是 MD 模拟描述离子/分子迁移性质的重要参数，单位一般用 cm2 s-1。MD 求算扩散常数两种方法，常用的是 Einstein 公式，相当于 MSD 的斜率除以 6。模拟时间越长计算就越准：另一种求算扩散常数的方法是基于速度自相关函数通过 Green-Kubo 关系得到 D，但是不方便。根据 MSD 的斜率，套公式可以得到不同温度下的扩散系数 D，用 logD 对 1000/T 作图，再套公式可以得到扩散能垒，我计算的结果是 Ea = 0.214 eV 和Ceder 的文献值 0.21 eV 完全吻合：详细的 AIMD 计算模拟锂电池课程会在研之成理的“固体与表面理论计算中级班”讲。（固体场和表面场都会讲锂电池模拟内容）
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