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CP2K模拟LiPF6电解液体系AIMD温度不合理

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发布时间: 2025-2-24 21:58

正文摘要:

本帖最后由 aipacino 于 2025-2-24 22:05 编辑 各位老师好: 我是用packmol生成的2mol/kgLiPF6盐+CCOC:CCOCC=1:1电解液盒子,包含553个原子,用multiwfn生成的cp2k.inp输入文件,先进行了结构优化(没有优化cel ...

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aipacino 发表于 Post on 2025-3-4 15:02:54
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-3-4 13:49
单看这最后一帧没感觉有什么异常(不用管某些奇特的成键显示,这种几何关系仅供参考,见http://sobereva. ...

谢谢老师
我已经在延长时间继续运行了,看起来只有多做测试才能知道性能
等我先用延长时间的数据训练之后再把截断能提高重新做
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 Post on 2025-3-4 13:49:23
aipacino 发表于 2025-3-4 12:30
谢谢老师耐心解惑
因为我刚上手AIMD,但是对机器学习还是比较了解,相比于扩充数据集,我更担心的是我现 ...

单看这最后一帧没感觉有什么异常(不用管某些奇特的成键显示,这种几何关系仅供参考,见http://sobereva.com/534),瞬时的聚集不足以说明模拟全程的趋势。本来分子大一点就运动得慢,模拟时间又不够长的话那自然没法充分遍历势能面、观察到很大位置变化,所以我说了要延长模拟时间。

要说数据质量的话,&MGRID下的CUTOFF倒是有点低了。截断能不够高的话原子能量及受力的计算精度不够,有可能导致虚假的动力学行为,而且受力可是训练集里至关重要的数据。严格的做法是测试一下能量和受力随截断能收敛的情况(参考https://manual.cp2k.org/trunk/methods/dft/cutoff.html,注意根据超算等不同运行环境随机应变);若不想做测试,鉴于体系里氧和氟对截断能的要求高一些,也得提升到至少400 Ry(参考https://www.cp2k.org/faq:cutoff)。
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 Post on 2025-3-3 22:40:09
aipacino 发表于 2025-3-3 21:42
老师不好意思 前几天不被允许发帖
我想了一下,目前应该是符合您说的(1),所以不用单独做电极的模型, ...

常温下3 ps的AIMD轨迹数据作为训练集太少了,不足以从构型中得到相互作用势的完整描述,后续模拟很容易出现原子的异常团聚导致模拟崩溃(参考这段介绍)。我也在LAMMPS模拟的轨迹中观察到过这种现象,“温度奇高”算是体系出问题的症状之一而不是原因本身。解决这个问题需要扩充数据集,包括但不限于升温加快构型变化、延长模拟时间等(上面那个链接后面讲的DP-GEN的原理也很重要,但我还没用过这个,无法就此提供帮助)。另外训练NNP的过程中也注意关注能量和受力的RMSE变化,训练结束时NNP的预测和DFT的结果应当差异足够小。

“陷入局部最优构型”说的是几何优化找势能面上极小点的静态问题,但分子动力学本来就是遍历势能面的动态采样过程,一般热浴温度下溶液体系里的能量涨落交换频繁,离局部极小点远着呢(你看到的怕不是那个通过分子动力学得到无定形晶体结构的例子,与当前目的无关)。有关模拟流程,仔细阅读2楼链接的627号博文以及我4楼的最后一句话。
aipacino 发表于 Post on 2025-3-3 21:42:04
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-2-25 17:24
啥,前面完全没提电极的事啊。你要研究的到底是哪个体系的锂离子:(1)溶解了锂盐的电解液,属于单一的均 ...

老师不好意思 前几天不被允许发帖
我想了一下,目前应该是符合您说的(1),所以不用单独做电极的模型,只做电解液的模型
我目前在298k跑了3ps的AIMD,然后拿这个数据训练MLP,但是喂给LAMMPS模拟温度异常奇高,所以不知道是我训练数据的问题还是训练设置的问题还是LAMMPS输入文件的问题
训练数据方面,您说“一开始锂离子和阴离子、溶剂分子等一样随机放在盒子里就行,反正跑一段足够长时间的模拟(平衡相)让体系达到平衡之后就没区别了”,但是我看到有帖子说这样有可能陷入局部最优的构型,让我先升温退火后再进行接下来的工作,您对这个说法怎么看?
我现在的想法是先用lammps做升温退火再长时间预平衡,再做AIMD
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 Post on 2025-2-25 17:24:13
aipacino 发表于 2025-2-25 16:44
哈哈哈是的老师
我已经加上D3校正和OT了
但是我看到别人的文献里初始构型是把锂原子和溶剂、阴离子严格 ...

啥,前面完全没提电极的事啊。你要研究的到底是哪个体系的锂离子:(1)溶解了锂盐的电解液,属于单一的均匀液相;(2)新鲜锂盐电解液和锂金属电极接触,除了(1)以外还形成固液两相界面;(3)实际的金属锂电池的负极,除(2)外还受到外电位限制?这几种体系模拟起来难度差别可大了。

(1)里单纯的锂盐电解液可以按不发生化学反应处理,还需要假定温度不很高、外电场均匀且不很强,等等。(2)里锂盐电解液和锂金属电极会发生化学反应生成固体电解质界面层(SEI),涉及一大堆溶剂和锂盐发生化学反应的产物。(3)更加复杂了,参考http://bbs.keinsci.com/thread-50714-1-1.html的讨论,虽然说的是计算反应能量变化但同样涉及电化学。

电解液体相里“溶剂化结构、离子迁移率、电导率”等性质一般对应上面说的(1),这个做普通的分子动力学是可以处理的。至于(2)和(3)的情形,涉及的变化太多,想用分子动力学合理描述并不简单。
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 Post on 2025-2-25 15:33:38
aipacino 发表于 2025-2-25 13:03
谢谢老师。
如果我想尽量大限度地提高模拟电解质溶液的准确性,应该用什么理论方法呢?
Print_level是 ...

(看来也是准备用CP2K的数据作为训练集构建机器学习势了吧)
这种体系的分子动力学就用PBE泛函加上D3(BJ)色散校正的理论方法即可,注意Multiwfn生成输入文件时用选项3设置色散校正。一开始锂离子和阴离子、溶剂分子等一样随机放在盒子里就行,反正跑一段足够长时间的模拟(平衡相)让体系达到平衡之后就没区别了,之后的轨迹(产生相)再用来研究溶剂化结构、计算离子迁移率和电导率等。
aipacino 发表于 Post on 2025-2-25 13:03:48
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-2-24 22:31
没开色散校正的PBE泛函并不足以正确描述溶液里的相互作用,参考http://sobereva.com/413,所以动力学行为当 ...

谢谢老师。
如果我想尽量大限度地提高模拟电解质溶液的准确性,应该用什么理论方法呢?
Print_level是我后续工作的需要MEDIUM及以上。
还有个问题就是我初始构型的Li离子应该放在哪里呀?
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 Post on 2025-2-24 22:31:36
没开色散校正的PBE泛函并不足以正确描述溶液里的相互作用,参考http://sobereva.com/413,所以动力学行为当然会有问题。另外NVE系综根本没法控制温度,要在298.15 K下平衡得用NVT系综(热浴就用CSVR)。除此之外,仅模拟2 ps或许并不足以使溶液达到平衡态,参考http://sobereva.com/627,应当继续延长。另外这种体系可以开启OT加快模拟的速度,参考http://sobereva.com/665,而且PRINT_LEVEL设为LOW就够了。

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