리튬 이온 전지에 이용되는 전극 재료 내에서의 리튬 이온의 거동을 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 연구하려고 합니다. 먼저 양자역학적인 계산을 수행하고 그 결과를 잘 나타낼 수 있는 적절한 퍼텐셜에너지 함수를 선정한 후 여기에 포함된 여러 파라미터의 값들을 얻게 되며, 이를 바탕으로 하여 분자동역학 시뮬레이션을 수행하려고 합니다. 리튬 이온 전지의 충전 및 방전 속도는 리튬 이온이 전극 재료 내에서 얼마나 빠르게 이동하는지와 관련이 있습니다. 리튬 이온은 전극 재료 내에서 hopping에 의해서 움직일 것입니다. 분자동역학 시뮬레이션의 궤적을 분석하면 리튬 이온의 hopping이 얼마나 자주 일어나는지 알 수 있으며, 또한 hopping의 평균 거리를 쉽게 알 수 있으므로, 리튬 이온의 평균 이동 속도를 추정할 수 있습니다. 이를 충전이나 방전 속도에 대한 지표로 해석하여, 보다 빠른 충전이 가능한 전지의 개발에 필요한 기초 정보를 제공하고자 합니다. 이온과 고체의 상호작용을 인위적으로 조절하여 수행한 분자동역학 시뮬레이션으로부터 얻어진 궤적을 대상으로 여러 가지 특별한 방법을 적용하면, 고체 내부에 있는 이온의 자유에너지를 계산할 수 있으며, 이를 통해서 전지의 전압을 예측할 수 있습니다. 이 연구에서는 thermodynamic integration이나 free energy perturbation 방법을 적용하여 전지의 전압을 예측하려고 합니다. 조성이 좀더 복잡한 재료에 대한 연구에 앞서서 널리 이용되며 실험 결과가 잘 알려진 재료인 LiCoO2를 대상으로 하여 시뮬레이션을 수행하고, 여러 가지 성질을 계산하려고 합니다. LiCoO2에 대한 계산으로부터 얻은 결과와 이 재료의 성질에 대한 실험값을 비교하여 이 연구에서 적용하려는 방법이 올바른 결과를 내는지 확인한 다음, 보다 좋은 특성을 가지고 있는 LiNixMnyCozO2 또는 LiFePO4 재료 및 이와 연관된 재료들에 대한 시뮬레이션을 시작하려고 합니다. 다양한 조성(x, y, z)이나 도핑 원소 등을 갖는 재료의 전기화학적 특성을 계산을 통해서 보이려고 하며, 결함(defect)이 있는 재료에 대해서도 살펴보려고 합니다.