当前电动汽车的发展主要受限于续航里程较短,安全性不够稳定以及电池成本较高等问题,上述问题对动力电池的研究与开发提出新的挑战。然而,当前锂离子电池的研发陷入瓶颈,其能量密度上限迟迟无法突破。由于镁金属具有能量密度较高、资源储量丰富、成本低等优点,可充电镁电池（RMB）成为一种潜在的选择。越来越多的学者转而研究基于镁金属离子的可充电二次电池,以期能够满足人们对可持续、高性能、低成本的储能设备的需求。本文旨在通过分子动力学和有限元法对镁离子电池进行多尺度建模与分析,进而建立电池从微观的材料选择到单体电池电化学性能和热特性分析的联系。本文首先采用分子动力学模拟研究镁合金负极对电解液的结构和输运性能的影响,建立起电极材料-性能的联系。然后进一步研究电解液组分、环境温度等对电池输运和电解液结构的影响。最后使用分子动力学仿真获得的参数结合有限元法构建镁离子电池的电化学-热耦合模型,并通过仿真计算研究单体镁离子电池放电过程中的电化学性能和热特性。主要研究内容及成果如下:（1）研究镁离子电池合金负极中合金元素的添加种类和添加比例对镁离子电池输运性能和电解液结构特性的影响。主要使用纯镁、镁铝合金、镁硅合金和镁锌合金四种金属作为电池负极材料,每种材料在电极中的添加比例分别为3%、6%和9%。本文通过比较使用不同电极的电池体系的数密度、电极电势和扩散系数等来探究负极材料对电池性能的影响机理。镁硅合金负极在镁离子电池中表现出较好的性能。（2）研究电解液溶质组成比例、电解液浓度以及工作温度对镁离子电池电解液输运性能和结构特性的影响。基于有机电解液和无机电解液的优势与不足,本文将有机电解液Mg（TFSI）2和无机电解液Mg Cl2混合,构建新型电解液计算模型,以期能够结合双方的优势。对不同组成和浓度的电解液,分别计算了其中的离子扩散系数和径向分布函数,浓度为1M并且混合比例为1:1的电解液性能表现较好。在不同工作温度下对电解液进行仿真测试,电解液输运性能对温度较为敏感,高性能工作的温度区间较小。（3）建立镁离子电池的电化学-热耦合模型,并将第3章中分子动力学仿真计算得到的输运参数作为有限元模型的输入参数,对镁离子单体电池的电化学特性和热特性进行仿真研究。主要讨论放电过程中电池电化学特性的变化以及放电倍率和环境中空气流速对电池传热影响。