二次電池是能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)研究領(lǐng)域的重要器件，新材料的設(shè)計(jì)優(yōu)化和內(nèi)在作用機(jī)制研究對(duì)于電池整體性能的提升具有重要作用。

利用計(jì)算模擬技術(shù)可以預(yù)測(cè)電池材料的離子/電子電導(dǎo)率、離子遷移路徑、體積膨脹系數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)力等信息，結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究工作可以揭示二次電池及材料的相關(guān)反應(yīng)機(jī)理和結(jié)構(gòu)演化，為材料性能優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

北京理工大學(xué)陳人杰教授課題組*致力于新型高性能二次電池及關(guān)鍵材料的創(chuàng)新研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)，在多電子電極材料、功能復(fù)合電解質(zhì)材料和高性能二次電池器件方面取得了突出的成績(jī)。

該團(tuán)隊(duì)利用計(jì)算模擬技術(shù)對(duì)研制的新型電池材料的反應(yīng)機(jī)理和作用機(jī)制開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究工作。

部分代表性成果如下：

一、鈉離子電池材料研究：

1、針對(duì)新型S摻雜硬碳電極，應(yīng)用基于密度泛函理論（DFT）的DMol3模塊計(jì)算表明，硫摻雜的硬碳降低了Na+在電極表面的吸附能，增強(qiáng)了鈉儲(chǔ)存的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，優(yōu)化了電極/電解液界面性質(zhì)。該研究為揭示雜原子摻雜改性硬碳材料的機(jī)理提供了理論支持。（Adv. Energy Mater.2018, 8, 1703159)

2、針對(duì)新型缺陷結(jié)構(gòu)的Co0.85Se納米片電極，應(yīng)用CASTEP模塊計(jì)算揭示了缺陷作用下的空位傳輸機(jī)理和電子結(jié)構(gòu)演化，剖析了電子能帶結(jié)構(gòu)變化對(duì)其電子電導(dǎo)率提升的重要影響，并闡明了Na+在缺陷結(jié)構(gòu)中的傳輸能壘降低與局部電子結(jié)構(gòu)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為可控缺陷形成及其作用機(jī)制的研究提供了重要的理論依據(jù)。（Nano Energy 2018, 53, 524-535)

3、探究了異質(zhì)結(jié)構(gòu)搭建對(duì)硫化物電極的電子能帶結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理，為設(shè)計(jì)新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的組分選取和結(jié)構(gòu)組合提供了重要依據(jù)（Adv. Sci. 2018, 5, 1800613)；揭示了新型羥基氧化物電極的Na+傳輸能壘，證明了羥基氧化物應(yīng)用于鈉離子電池負(fù)極的可行性（Nano Energy, 2019, 60, 294-304）。

二、鋰硫電池材料研究：

1、針對(duì)新設(shè)計(jì)的聚多巴胺修飾功能隔膜，應(yīng)用DMol3模塊研究了聚多巴胺材料對(duì)于各種多硫化物的捕獲能力；闡明了電荷的不對(duì)稱分布引起強(qiáng)靜電作用力的“捕硫機(jī)制”，提出了含有孤對(duì)電子的雜原子強(qiáng)化“捕硫能力”的新概念；結(jié)合經(jīng)典的分子力學(xué)動(dòng)力學(xué)模塊Forcite Plus計(jì)算證明了強(qiáng)聚合物鏈間相互作用可以有效抑制多硫化物穿梭的內(nèi)在機(jī)制。（NanoLett. 2015, 15, 7431-7439）。

2、應(yīng)用Forcite Plus模塊下的COMPASS力場(chǎng)研究了不同聚合物的彈性常數(shù)，為設(shè)計(jì)尺寸可控的硫電極提供了重要的理論參數(shù)（Adv. Energy Mater., 2016, 7, 1601591）；利用DFT計(jì)算揭示了新型硼基鋰鹽對(duì)于金屬鋰負(fù)極表面鈍化膜成膜機(jī)制的作用機(jī)理（J. Mater. Chem. A 2016, 4, 17033-17041）。

三、功能電解質(zhì)材料研究：

1、針對(duì)離子凝膠復(fù)合電解質(zhì)，利用DMol3模塊研究了離子液體和ZrO2無(wú)機(jī)骨架之間的相互作用機(jī)制，揭示了無(wú)機(jī)氧化物與離子液體中有機(jī)陰離子配位作用而促進(jìn)Li+傳輸?shù)淖饔脵C(jī)理，為新型離子凝膠復(fù)合電解質(zhì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論支持。（J. Mater.Chem.A 2017, 5, 24677–24685)。

2、利用DMol3模塊計(jì)算揭示了雙草酸硼酸鋰基離子液體/環(huán)丁砜多元溶劑的復(fù)合電解質(zhì)體系中的成膜機(jī)制，探究了電解液與不同正負(fù)極材料的相容特性，為電極/電解液界面穩(wěn)定性研究并設(shè)計(jì)調(diào)控提供了理論支持。（Nano Energy, 2015, 13, 546）。

陳人杰，北京理工大學(xué)教授、博導(dǎo)；中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)理事（能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)）、中國(guó)固態(tài)離子學(xué)會(huì)理事、電化學(xué)能源科學(xué)學(xué)會(huì)（IAOEES）委員會(huì)委員、北京電動(dòng)車輛協(xié)同創(chuàng)新中心研究員。

主要研究領(lǐng)域：多電子高比能二次電池新體系及關(guān)鍵材料、新型離子液體及功能電解質(zhì)材料、特種功能電源全固態(tài)二次電池器件及薄膜材料。作為負(fù)責(zé)人，承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目、*重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、*在京高校重大成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目、北京市重大科技項(xiàng)目等課題。近五年在Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Nature Commun.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Energy Environ. Sci.、Nano Energy等期刊發(fā)表SCI收錄論文210篇（IF>12的39篇）；申請(qǐng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)68項(xiàng)，獲*28項(xiàng)；獲批軟件著作權(quán)5項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著2部。作為主要完成人，獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、部級(jí)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)。2009年入選*“新世紀(jì)人才支持計(jì)劃”，2010年入選北京市人才培養(yǎng)資助計(jì)劃、北京市科技新星計(jì)劃，2018年入選北京高等學(xué)校青年科學(xué)家計(jì)劃。課題組與多所國(guó)內(nèi)外大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)建立了合作關(guān)系，歡迎具有材料、化學(xué)、物理和計(jì)算機(jī)背景的本科生、研究生和博士后加盟。