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(fēng)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(xué)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(yīng)用于便攜式電子設(shè)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(lǐng)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(yīng)用在化學(xué)、物理、生命科學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域。它的基本思想是將多個原子構(gòu)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(xué)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(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)。

第一性原理計算可以確定已知材料的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)性質(zhì)，并實現(xiàn)原子級別的精準(zhǔn)控制，是現(xiàn)階段解決實驗理論問題和預(yù)測新材料結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(dǎo)。