建立數學模型以計算機為工具，模擬電極的設計計算，是研究鋰離子電極的一種方法之一。研究電極在常溫下的物理、化學性質，以及材料的熱力學性質。使用計算機研究鋰離子電池電極首先要建立電極的物理、化學效能精確資料，電極材料晶格振動、聲子譜資料等等精確無誤的大型資料庫為基礎。
建立資料庫這是一項耗費時間和精力的事，但是資料不精確詳盡，這項研究也就沒有了基礎。
但是，如果在電極材料研究上，由於鋰電池充放電過程中的電化學過程是比較複雜的，有些現象並未完全明了，理論與實踐、虛擬與現實有機結合可以推進和完善新產品的產生。
鋰離子電池的工作要求決定了鋰離子電池電極材料必須具有良好的導電性能。第一性原理對電子結構的計算，能直接給出材料的能帶結構，從理論上直接**和分析電極材料的導電性，因此在鋰離子電極材料的設計上產生了非常重要的影響。lifepo4是一種極具潛力的正極材料，價錢便宜，對環境友好．更重要的是，從安全效能的角度來說，lifepo4是目前汽車用動力電池正極材料的最佳選擇。
然而，該材料的最大問題是其動力學效能很差，因此難以滿足汽車用動力電池快速充、放電的需求．２００３年，有著名研究所首次通過第一性原理計算了重離子摻雜對lifepo4正極材料的電子導電性能的影響。計算發現，通過用ｃｒ部分替換ｌｉ，材料的電子結構由絕緣性變成了半金屬性，因此能夠大幅度提高材料的電子電導率．同期的實驗資料表明，ｃｒ摻雜使得材料的電子電導率提高了近８個數量級．這為改善材料的本徵電子電導率提供了一種非常好的思路．此後，眾多研究組的研究人員對lifepo4及其摻雜材料的電子結構和電子導電機理進行了系統的研究．例如美國一所學院的ｃｅｄｅｒ小組在２００６年提出了小極化子導電機理，並計算了小極化子在lifepo4材料中的遷移勢壘等等。關於其他正極材料的電子結構的研究，最近幾年也取得了一些重要進展。
也有專家通過第一性原理計算了其ｄ電子的能級分布，並與穆斯堡爾實驗資料進行了比較。但這些計算得出的電子結構都具有金屬性，與實驗資料矛盾。此後，通過對計算方法的修正，經過進一步研究了ｍｎ離子的價態以及ｍｎ３＋離子周圍形成的型小極化子的導電行為，並對電子導電機理進行了分析。
總的來說，對正極材料電子導電的研究，首先是計算本徵材料的電子結構，找出載流子的特徵，然後分析其導電機理。一般而言，適合於正極材料的嵌入化合物，其本徵電子結構都表現為絕緣性質，通過摻雜引入雜質能級，通常都能夠提高其電子導電率。然而，摻雜還必須考慮到摻入的雜質原子是否會改變材料的離子導電性能，這一問題在lifepo4材料中表現最為突出。
通過第一性原理分子動力學研究發現，鋰離子在lifepo4材料中的擴散是一維的。隨後，有專家提出了重離子摻雜將阻塞鋰離子的一維輸運通道的觀點，從而解釋了重離子ｌｉ位摻雜雖然提高了材料的電子電導，卻不能提高材料倍率效能的原因。
鋰電池正極材料
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