VASP 插入电压、容量与体积变化
以一个Li插入16个Si的稀释模型，演示金属参照、容量换算和体积比较。
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电池材料的一个基础计算是：离子从金属参照进入宿主时，能量和体积如何变化。本例用LiSi₁₆稀释插入模型讲公式与操作，不把它当成完整硅负极的充放电曲线。
1. 先建立三个参照一致的模型#
- 16原子晶体Si宿主。
- 同一宿主中加入1个Li，得到LiSi₁₆；初始Li放在一个空隙位置，再放松结构。
- bcc金属Li，用来定义每个Li的化学势。
三个模型都使用同一VASP版本、PBE及匹配赝势。宿主和插入体系采用4³k网格，Li金属采用11³。使用ISIF=3，让原子位置与晶胞一起优化；插入体系开启自旋极化以允许电子结构自行调整。
2. 分别优化，再提取总能量#
每个目录执行sbatch run.sh。确认自由原子力达到目标，并核对晶胞与应力。不要把插入前结构的能量与另一套泛函下插入后结构的能量混在一起。
反应写成Si₁₆+Li(金属)→LiSi₁₆。本次数据为：
| 项目 | 能量 / eV |
|---|---|
| Si₁₆宿主 | -86.76904238 |
| LiSi₁₆ | -88.28634915 |
| 金属Li，每原子 | -1.90139243 |
| 单Li插入能ΔE | 0.384086 |
3. 换算平均插入电压#
ΔE=E(LiSi₁₆)−E(Si₁₆)−μLi。相对于Li/Li⁺，每插入一个Li转移一个电子，忽略熵等修正时平均电压V≈−ΔE/e；ΔE用eV时，数值取负就是V。
本模型结果为**-0.3841 V**。负电压意味着该特定稀释插入反应在这套参照下并不比保留金属Li更有利；正电压则表示对应反应方向在该近似下有利。不要把这个单点直接当成真实电极的工作电压。
4. 容量按哪个质量计算#
本例一个Li对应一个电子，若按插入前Si宿主质量计算：Q=nF/(3.6M)，其中M=16×M(Si)，得到59.644 mAh/g-Si。
这只对应LiSi₁₆这个稀释组成，不是硅的最大理论容量。改用含Li后的总质量、复合电极质量或整个电池质量，会得到不同容量口径，报告时必须写明。
5. 比较体积与后续需要的工作#
宿主体积327.1419 ų，插入后331.0333 ų，变化1.190%。
完整充放电曲线需要多个Li含量、不同插入位置及竞争相，并结合稳定相和凸包确定分段电压。本页只算一个初始空隙构型的放松结果，没有完成所有位点或相的搜索；也没有计算离子迁移势垒、倍率、循环寿命或真实电极膨胀。
环境与下载#
本页为鸢算科技集群实算参考。VASP 6.6.1、PBE PAW64、ENCUT=550 eV、EDIFF=1E-6；优化自由原子力目标0.02 eV/Å。普通GPU版、optcell和VASPsol是不同模块，下载包run.sh按任务加载对应P100分支。构建使用NVHPC 25.3、CUDA 12.8和MKL 2023.2，MPI使用对应构建配套版本。
准备有权使用、与POSCAR元素顺序匹配的POTCAR，在所选目录执行sbatch run.sh。不要只复制INCAR而遗漏对应软件分支。结果JSON、图片和输入均供本次流程复现，不代表其他体系的通用收敛设置。