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随着新型电子产品的飞速发展，传统的锂离子电池正极材料由于成本高、不可再生、难以回收及污染环境等缺点已经无法满足市场需要。因此研究高能效、资源丰富及环境友好的储能材料成为人类社会实现可持续性发展的必要条件。有机化合物作为电极材料受到了广泛关注，主要是因为有机材料重量轻，灵活性好，自然资源丰富。有机化合物可用来设计绿色的电化学存储设备。目前，在许多被报道的有机电极材料中，结构多样、分子水平可控和理论比容量高的有机共轭羰基化合物已被广泛用于锂/钠离子电池。 近年来，密度泛函理论方法已经逐渐成为一种非常有效的计算方法。然而，现有的密度泛函理论方法对于分子间长程色散力的校正仍然不够精确，另外对于钠离子电极材料的处理方法还不明确。因此，本论文的研究点在于建立一种精确的高通量筛选方法，筛选出最优的有机电极材料，为实验做指导。本论文分为五章，具体内容如下: 第1章，综述锂/钠离子电池的发展历史、工作原理及前景展望。进而介绍锂/钠离子电池的组成部分包括本论文关注的正极材料并讨论比较现有的工业化的无机正极材料的优缺点。介绍有机正极材料的发展历史尤其是具有共轭结构的有机化合物。然后，介绍密度泛函理论在锂离子电池发展过程中的应用。最后介绍本论文的主要工作和创新点。 第2章，综述了第一性原理计算，密度泛函理论模型的发展，及其对色散力的修正、混合泛函的应用。然后介绍混合泛函对电池电极材料的研究。最后说明本论文计算过程所用到的软件包，实验过程用到的仪器等。 第3章，建立了一种精确的高通量筛选有机电极材料的理论方法，力求找出电极材料的可能候选物。应用混合泛函和vdW校正方法来研究六种锂离子电池的有机电极材料。通过对材料进行结构优化，进而以实验的数值为标准比较各种计算得到的几何结构参数;再结合计算得到的嵌锂电势和实验值做对比，结果表明，混合泛函与D2色散校正方法（即HSE06-D2(Heyd，Scuseria和Ernzerhof，色散校正)）能够精确地预测有机材料的电位，平均误差约为5％。这种方法占用了很多硬件资源，非常耗时，但可以作为高通量筛选程序中的最后一步。 第4章，钠离子电池与锂离子电池电极材料相比，电极材料更加丰富，性价比更高。因而迫切需要一种快速准确的理论方法来寻找可以用于钠离子电池电极材料的有机化合物。采用上章所得的色散校正混合密度泛函理论方法研究了五种钠离子电池的有机电极材料。结果表明，D2分散校正混合泛函方法可以精确计算有机材料的电位，平均误差小于3.68％，说明这种用于锂离子电池电极材料的理论计算方法用于钠离子电池电极材料的预测是可行的。带隙值大都低于2.5eV，这证明材料具有良好的导电性，有望成为电极材料的候选。 第5章，采用色散校正的混合泛函理论(HSE06-D2)方法，预测了一种新型钠离子电池有机正极材料-硫靛蓝(SINDIG，C16H8S2O2)。通过循环伏安法(CV)和非原位XRD(X射线衍射)测试验证了理论计算结果，成功探索了充放电过程中的两个充放电平台的电位和中间态。分子动力学(MD)模拟结果表明钠离子可以沿着b轴方向在分子晶格中扩散。SINDIG的能量储存机制可以认为是钠离子插入分子晶格中。这证明了理论方法能够可靠地预测其他新型有机电极材料，并用于探讨储能机理。 论文最后对上述有机正极材料的理论预测方法的进行了总结和展望。