传统能源的日益减少促使各国研究者们研究开发储能密度高、环保可再生的新能源。由于可以循环充放电,离子电池成为目前重要的储能媒介之一。然而由于离子在电极间的反复“摇摆穿插”容易产生扩散应力甚至导致其破坏失效。本文以纳米尺度下离子电池的电极结构为研究对象,采用理论和原子模拟相结合的研究方法,对电极中离子的扩散行为及其所产生的扩散应力为主要研究内容展开深入研究,为保护电极、改善电极结构并提升离子电池整体性能提供理论依据。本文的主要研究内容包括以下几个方面:1.以纳米柱状锂离子电池的电极为研究对象,建立可考虑表面效应的力-扩散耦合理论模型,分析表面效应、耦合方式、尺寸效应、材料结构和外部载荷等对恒电压充电条件下电极中的浓度场和应力场等分布的影响。研究结果表明,耦合方式和材料结构能有效调控电极充电时的浓度场分布,而表面效应、耦合方式、尺寸效应、材料结构和外部载荷均能有效调控电极充电时的应力场分布。2.构建黑磷/硫硒化钼（Black P/Mo SSe）层状异质结构电极体系,采用基于第一性原理计算方法的模拟软件计算锂离子在纳米Black P/Mo SSe层状结构界面（本文以P-S界面为例）的吸附能和最佳吸附位置,探究锂离子扩散的最短路径和扩散势能垒,并研究了均质应变与应变梯度对扩散势能垒的调控作用及机理。结果表明,Black P/Mo SSe层状超胞结构的锂离子扩散势能垒为0.198 e V,处于其单独组分层状结构的锂离子电极扩散势能垒之间。另外,通过均质应变和应变梯度能够有效调控该结构的锂离子扩散势能垒。本论文的研究结果对纳米尺度离子电池电极的设计和优化有重要的指导意义。