随着高性能的可充电锂离子电池对负极材料的要求越来越高,寻找传统碳负极材料的替代品已引起了许多研究团队的兴趣。在众多可替代材料中,金属氧化物一直都是倍受研究者青睐的一类材料,其中TiO₂-B材料因为其高的锂离子容量和特殊的嵌入式反应机理,被认为是高性能锂离子电池负极材料的首选。然而同其他形态的二氧化钛材料一样,TiO₂-B差的离子/电子传导性则限制了其在实际中的应用。鉴于此,本文考虑可以通过对TiO₂-B材料进行改性来提高其离子/电子传导性。本文通过采用多元胞组合法对TiO₂-B及其改性材料进行第一性原理研究,从原子水平上探索了锂离子的嵌入和迁移特性以及材料的电子结构,分析了改性前后材料离子/电子传导性变化的原因。具体的分析过程和计算结果论述如下:第一章,对可充电锂离子电池的主要结构和工作过程进行了详细的介绍,对现有的几种研究最广泛的正负极材料的主要性能参数,优缺点进行了分析,并阐述了选题的主要意义。第二章,简单介绍了在VASP软件包中进行计算研究所涉及的一些基本模型,包括超晶胞模型和平板模型,以及一些计算的方法,包括密度泛函理论和过渡态理论。对计算所涉及的一些参数,如截断能、收敛标准、k点网格和（U-J）值,进行了检测以达到计算要求的标准。最后对文中所涉及到的一些分析方法做出了定义,如能垒、态密度、巴德电荷和嵌入电压的计算。第三章,运用ms建模软件,构建出纯TiO₂-b计算模型。在此基础上,具体完成以下工作:1.计算研究晶格体系内的稳定嵌入位点,比较可知在低锂离子浓度下,c位点是最稳定的嵌入位点,有着1.29v嵌入电压;2.运用ci-neb方法,计算锂离子沿着三个扩散方向的迁移过程,分析计算结果可知,沿着b轴方向的扩散过程是最有利于锂离子的迁移过程,其能垒为0.51ev;3.计算高锂离子浓度下的嵌入电压,得出其在高浓度下的电压平台在0.72⁰.94v之间;4.计算并画出TiO₂-b的态密度（dos）图,分析可知,TiO₂-b是典型的半导体材料,禁带宽为3.0ev,ti-3d主要贡献导带,而o-2p主要贡献价带。第四章,在纯TiO₂-b模型的基础上构建出氧缺陷TiO₂-b模型。具体完成以下工作:1.对氧缺陷产生的位置进行研究,计算得出o3f（1）和o4f为最易发生氧空穴的位置;2.对嵌入位点和扩散路径能垒进行计算,研究得出在低浓度下缺陷模型中c位点仍然是最稳定的嵌入位点,缺陷模型在b轴方向的扩散能垒降低到0.39⁰.49ev之间;3.计算高浓度情况下的嵌入电压,研究得出高浓度下的缺陷模型（2）的电压平台在0.69⁰.89v之间;4.对缺陷模型的态密度进行计算,态密度图表明禁带宽在缺陷模型中明显减小,都小于2ev,研究表明ti-ov-3d是禁带宽变窄的主要贡献者。第五章,在纯TiO₂-b模型中引入共掺杂原子构建出钝化共掺杂TiO₂-b模型。具体完成如下工作:1.确定n+v和c+cr共掺杂的位置,构建计算模型;2.对嵌入位点和扩散路径能垒进行计算,得出在低浓度下共掺杂模型中c位点仍然是最稳定的嵌入位点,在b轴方向的扩散能垒分别为0.47和0.42 eV;3.计算高浓度下的嵌入电压,分析得出N+V共掺杂有着0.83⁰.97 V的电压平台,相比较与C+Cr的1.05¹.27 V的电压平台,更适合应用于锂离子电池的负极材料;4.对两种共掺杂的态密度进行计算,得出的禁带宽分别为1.7和1.4 eV,分析研究表明N和C主要修饰了价带结构,而V和Cr主要修饰导带结构。第六章,计算和讨论了锂离子在TiO₂-B的三个低指数晶面的表面-体相传递过程。计算表明,[100]晶面不适合锂离子的表面-体相传递过程,而[001]和[110]晶面由于表面有着开放的c轴和b轴孔道,是锂离子表面-体相传递的主要渠道。迁移过程研究表明,能垒主要发生在表面到体相的第一层扩散过程中。最后,在结论与建议中对所有计算结果进行了总结,并对未来的计算研究确定了三个方向,即高浓度锂离子扩散的研究,TiO₂-B晶面表面修饰的研究以及对适合于TiO₂-B负极材料的锂离子电池正极材料的研究。