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具有高稳定性，低成本和易制备等优点的尖晶石型AB2O4(A=Li,B=Ti,V,Mn,Co)过渡金属氧化物是目前最具有吸引力的锂离子电池电极材料。如何改善尖晶石型电极材料低的电子电导率、较低的理论比容量等缺陷是目前急需解决的问题。本文采用第一性原理的方法对两种尖晶石型过渡金属氧化物电极材料的最优晶胞模型，嵌锂电压，电子结构，材料稳定性等进行了系统的计算与讨论。为进一步提高其电化学性能提供了理论依据。
对尖晶石型材料Li4Ti5O12，本文确定了Li4Ti5O12（1,8位）及Li7Ti5O12（3,6位）的最优构型，并证明了材料“零应变”的特性。当锂嵌入量x>4.5时，其体积膨胀率高达10.2%，说明其立方晶系的尖晶石结构被破坏。可见Li7Ti5O12还可继续容纳1.5个锂原子。Li4Ti5O12的平均嵌锂电压为0.62~1.23V（0 尖晶石型材料Li4Mn5O12，本文确定了Li4Mn5O12（9,11位）、Li7Mn5O12（3,6位）的最优构型，且考查了不同嵌锂量对Li4Mn5O12结构及性质的影响。结果显示，Li4Mn5O12最多可嵌入3个Li，此时平均嵌锂电压为2.71V。从电子结构上看，Li4Mn5O12是带隙值为0.007eV，随着锂的嵌入，Li7Mn5O12呈现金属性。嵌锂后主要尖晶石结构保持不变。结果表明Li4Mn5O12作为锂离子电池正极材料时有良好的稳定性。
本文对Li4Mn5O12的嵌镁行为进行了探索，结果显示Li4Mn5O12最多可嵌入三个Mg，其平均嵌镁电压为1.49V，且嵌镁后不会破坏其尖晶石骨架。从理论上讲，在低电压放电区间Li4Mn5O12应有不可忽略的嵌镁容量，这为之后锰系材料的应用提供了理论基础。
对尖晶石型材料Li4Ti5O12，本文确定了Li4Ti5O12（1,8位）及Li7Ti5O12（3,6位）的最优构型，并证明了材料“零应变”的特性。当锂嵌入量x>4.5时，其体积膨胀率高达10.2%，说明其立方晶系的尖晶石结构被破坏。可见Li7Ti5O12还可继续容纳1.5个锂原子。Li4Ti5O12的平均嵌锂电压为0.62~1.23V（0
本文对Li4Mn5O12的嵌镁行为进行了探索，结果显示Li4Mn5O12最多可嵌入三个Mg，其平均嵌镁电压为1.49V，且嵌镁后不会破坏其尖晶石骨架。从理论上讲，在低电压放电区间Li4Mn5O12应有不可忽略的嵌镁容量，这为之后锰系材料的应用提供了理论基础。