第一性原理計算對鋰離子電池有什么積極作用？

隨著全球經(jīng)濟及社會的發(fā)展，人們對于能源的需求及使用日益增長。環(huán)境污染和化石能源匱乏的問題日益顯著，為了人類的可持續(xù)發(fā)展。尋求開發(fā)新能源和可再生資源迫在眉睫。太陽能和風能等新型能源雖然便利清潔，但是由于其自身受時空分布不均勻的特點限制在現(xiàn)階段并不能廣泛使用。

作為化學儲能裝置，鋰離子電池以比功率高、能量密度大、壽命長、自放電率低和貯藏時間長等優(yōu)點，被廣泛應用于便攜式電子設備、航天、特種裝備及電動交通工具。目前，鋰離子電池已逐步替代其他電池為主要的動力電池。另一方面，由于近年來智能電網(wǎng)及大規(guī)模儲能領域的發(fā)展對鋰離子電池的能量密度和功率密度提出了更高的要求，這使得開發(fā)具有高能量密度和大功率密度的新型鋰離子電池尤為重要。

第一性原理計算方法即從頭算（abinitio）被廣泛應用在化學、物理、生命科學和材料學等領域。它的基本思想是將多個原子構成的體系看成是由多個電子和原子核組成的系統(tǒng)，并根據(jù)量子力學的基本原理對問題進行最大限度的“非經(jīng)驗性”處理。它只需要5個基本常數(shù)（m0，e，h，c，kB）就可以計算出體系的能量和電子結構等物理性質。

第一性原理計算可以確定已知材料的結構和基礎性質，并實現(xiàn)原子級別的精準控制，是現(xiàn)階段解決實驗理論問題和預測新材料結構性能的有力工具。并且，第一性原理計算不需要開展真實的實驗，極大地節(jié)省了實驗成本，現(xiàn)已被廣泛應用于鋰離子電池電極材料的嵌脫鋰機理探索、擴散能壘計算、結構穩(wěn)定性、嵌鋰容量機理研究等方面，為鋰離子電池電極材料的制備和改性提供了有效的理論指導。