高效合理地转化、存储和利用在自然界中存在广泛且供应不断的清洁能源,例如太阳能、水能和风能等,是人类保护和治理当今环境的关键和根本所在,是推动人类社会经济走出发展瓶颈的一条捷径,同样也是必由之路。目前,使用锂离子电池是清洁能源实现高效转化、存储和利用的重要方式。随着对高功率、大容量和长循环寿命锂离子电池需求的不断增加,人们开始寻求新一代电极材料,而电极材料的力学稳定性能对锂电池的安全使用具有至关重要的作用。本文应用第一性原理方法研究了新型锂离子电池电极材料,包括IVA族材料（Si、Ge和Sn）和二维材料（石墨烯、硅烯和2H-MoS₂）在嵌锂过程中的力学稳定性,并揭示了其力学特性变化的微观机理,主要研究内容及结果如下:1.应用密度泛函理论研究了锂离子嵌入后IVA材料的力学稳定性,发现材料的弹性常数C₁₁和C₄₄随锂嵌入浓度的增加而减小,并且有明显的体积膨胀和弹性软化现象,材料的力学稳定性也随之减弱。通过进一步研究电子掺杂对IVA材料力学稳定性的影响,我们发现了与锂离子嵌入相同的结果。结果表明,电子掺杂效应是导致IV族材料在锂化过程中力学稳定性降低的机制。2.研究了嵌锂过程中石墨烯、硅烯和2H-MoS₂的基本结构和力学常数的变化,并揭示了这些变化的微观机理。对于石墨烯,Li掺杂对其力学性能影响不大,进一步证明了石墨烯作为LIBs材料的潜力。对硅烯而言,锂原子的嵌入对硅烯的力学性能没有实质性的影响,即硅烯在吸附锂原子的过程中具有很强的力学稳定性,是锂离子电池的优良电极的潜在替代者。对于2H-MoS₂,我们发现锂离子嵌入和电子掺杂都能使材料软化。结果表明,2H-MoS₂力学稳定性降低的机理是电子掺杂效应。