第一性原理计算对锂离子电池有什么积极用途？

随着全球经济及社会的发展，人们对于能源的需求及使用日益增长。环境污染和化石能源匮乏的问题日益显著，为了人类的可持续发展。寻求开发新能源和可再生资源迫在眉睫。太阳能和风能等新型能源虽然便利清洁，但是由于其自身受时空分布不均匀的特点限制在现阶段并不能广泛使用。

作为化学储能装置，锂离子电池以比功率高、能量密度大、寿命长、自放电率低和贮藏时间长等优点，被广泛应用于便携式电子设备、航天、装备及电动交通工具。目前，锂离子电池已逐步替代其他电池为主要的动力电池。另一方面，由于近年来智能电网及大规模储能领域的发展对锂离子电池的能量密度和功率密度提出了更高的要求，这使得开发具有高能量密度和大功率密度的新型锂离子电池尤为重要。

第一性原理计算方法即从头算（abinitio）被广泛应用在化学、物理、生命科学和材料学等领域。它的基本思想是将多个原子构成的体系看成是由多个电子和原子核组成的系统，并根据量子力学的基本原理对问题进行最大限度的“非经验性”处理。它只需要5个基本常数（m0，e，h，c，kB）就可以计算出体系的能量和电子结构等物理性质。

第一性原理计算可以确定已知材料的结构和基础性质，并实现原子级别的精准控制，是现阶段解决实验理论问题和预测新材料结构性能的有力工具。并且，第一性原理计算不需要开展真实的实验，极大地节省了实验成本，现已被广泛应用于锂离子电池电极材料的嵌脱锂机理探索、扩散能垒计算、结构稳定性、嵌锂容量机理研究等方面，为锂离子电池电极材料的制备和改性提供了有效的理论指导。