能源危机和环境污染成为当今人类社会可持续发展过程中面临的两大挑战,电池工业作为能源领域的重要组成部分受到了各国政府的高度重视。开发新一代高性能、长寿命、无污染、价格低廉的化学电源已成为电池工业发展的必然趋势。锂离子电池由于具有优良的安全性、外形设计的灵活性、高的比能量、长的循环寿命等众多优点已成为化学能源领域研究和开发的重点。改善和提高锂离子电池的电化学性能关键是选取充放电性能良好的负极材料。其中掺杂硼碳负极材料的研究工作更为活跃并取得了众多成果。文章的第一部分,采用ONIOM方法研究硼掺杂对碳负极材料性能的影响。采用具有片状石墨结构的(B2C52H18)2分子为掺硼碳负极材料的计算模型,纯碳负极材料计算模型选用具有相应结构的(C54H18)2。选用(B2C52H18)2Li2及(C54H18)2Li2分子为充电后负极材料的计算模型。研究硼取代碳后的结构,轨道能,结合能的变化及硼掺杂的数量对吸附锂的影响,并从理论上分析了硼掺杂对电池电压的影响。计算结果表明:掺硼碳材料的LUMO轨道能明显低于纯碳材料,使掺硼碳材料与锂离子的结合能力增强,提高了锂二次电池的电动势。本文的第二部分,采用密度泛函理论研究碱金属吸附在硼掺杂的石墨表面。五个具有代表性的位置被研究:一是在体系的中心(b1);二是在碳碳键之间(b2);三是在碳硼键之间(b3);四是在碳原在上(b4);五是在硼原子上(b5)。结果表明:钾和钠的最稳定吸附位置是在掺杂的石墨中心(b1),而锂最稳定的吸附位置是在硼原子的顶端(b5)。比较钠和钾在中心位置的吸附能得出:钠比钾更容易吸附在掺硼的石墨层,因为钠SOMONa- LUMO C22B2H12比钾的SOMOk- LUMO C22B2H12的值小,另外钠的半径比钾的半径小也是钠更容易吸附在掺硼石墨层的原因。并且由于钾的金属性比锂和钠强,更易失去最外层的电子。所以钾的电荷转移是最大的。