二次电池是能源转化与存储研究领域的重要器件，新材料的设计优化和内在作用机制研究对于电池整体性能的提升具有重要作用。
利用计算模拟技术可以预测电池材料的离子/电子电导率、离子迁移路径、体积膨胀系数和晶体结构应力等信息，结合实验研究工作可以揭示二次电池及材料的相关反应机理和结构演化，为材料性能优化提供理论指导。
北京理工大学陈人杰教授课题组长期致力于新型高性能二次电池及关键材料的创新研究与应用开发，在多电子电极材料、功能复合电解质材料和高性能二次电池器件方面取得了突出的成绩。
该团队利用计算模拟技术对研制的新型电池材料的反应机理和作用机制开展了系统深入的研究工作。
部分代表性成果如下：
一、钠离子电池材料研究：
1、针对新型S掺杂硬碳电极，应用基于密度泛函理论（DFT）的DMol3模块计算表明，硫掺杂的硬碳降低了Na+在电极表面的吸附能，增强了钠储存的反应动力学，优化了电极/电解液界面性质。该研究为揭示杂原子掺杂改性硬碳材料的机理提供了理论支持。（Adv. Energy Mater.2018, 8, 1703159)
2、针对新型缺陷结构的Co0.85Se纳米片电极，应用CASTEP模块计算揭示了缺陷作用下的空位传输机理和电子结构演化，剖析了电子能带结构变化对其电子电导率提升的重要影响，并阐明了Na+在缺陷结构中的传输能垒降低与局部电子结构变化的对应关系，为可控缺陷形成及其作用机制的研究提供了重要的理论依据。（Nano Energy 2018, 53, 524-535)
3、探究了异质结构搭建对硫化物电极的电子能带结构的作用机理，为设计新型异质结构的组分选取和结构组合提供了重要依据（Adv. Sci. 2018, 5, 1800613)；揭示了新型羟基氧化物电极的Na+传输能垒，证明了羟基氧化物应用于钠离子电池负极的可行性（Nano Energy, 2019, 60, 294-304）。
二、锂硫电池材料研究：
1、针对新设计的聚多巴胺修饰功能隔膜，应用DMol3模块研究了聚多巴胺材料对于各种多硫化物的捕获能力；阐明了电荷的不对称分布引起强静电作用力的“捕硫机制”，提出了含有孤对电子的杂原子强化“捕硫能力”的新概念；结合经典的分子力学动力学模块Forcite Plus计算证明了强聚合物链间相互作用可以有效抑制多硫化物穿梭的内在机制。（NanoLett. 2015, 15, 7431-7439）。
2、应用Forcite Plus模块下的COMPASS力场研究了不同聚合物的弹性常数，为设计尺寸可控的硫电极提供了重要的理论参数（Adv. Energy Mater., 2016, 7, 1601591）；利用DFT计算揭示了新型硼基锂盐对于金属锂负极表面钝化膜成膜机制的作用机理（J. Mater. Chem. A 2016, 4, 17033-17041）。
三、功能电解质材料研究：
1、针对离子凝胶复合电解质，利用DMol3模块研究了离子液体和ZrO2无机骨架之间的相互作用机制，揭示了无机氧化物与离子液体中有机阴离子配位作用而促进Li+传输的作用机理，为新型离子凝胶复合电解质的优化设计提供了理论支持。（J. Mater.Chem.A 2017, 5, 24677–24685)。
2、利用DMol3模块计算揭示了双草酸硼酸锂基离子液体/环丁砜多元溶剂的复合电解质体系中的成膜机制，探究了电解液与不同正负极材料的相容特性，为电极/电解液界面稳定性研究并设计调控提供了理论支持。（Nano Energy, 2015, 13, 546）。
陈人杰，北京理工大学教授、博导；中国材料研究学会理事（能源转换与存储材料分会秘书长）、中国固态离子学会理事、国际电化学能源科学学会（IAOEES）委员会委员、北京电动车辆协同创新中心研究员。
主要研究领域：多电子高比能二次电池新体系及关键材料、新型离子液体及功能电解质材料、特种功能电源全固态二次电池器件及薄膜材料。作为负责人，承担了国家自然科学基金委项目、科技部重点研发计划项目、中央在京高校重大成果转化项目、北京市重大科技项目等课题。近五年在Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Nature Commun.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Energy Environ. Sci.、Nano Energy等期刊发表SCI收录论文210篇（IF>12的39篇）；申请发明**68项，获授权28项；获批软件著作权5项，出版学术专著2部。作为主要完成人，获得国家技术发明二等奖1项、部级科学技术一等奖3项。2009年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，2010年入选北京市优秀人才培养资助计划、北京市科技新星计划，2018年入选北京高等学校卓越青年科学家计划。课题组与多所国内外大学及研究机构建立了合作关系，欢迎具有材料、化学、物理和计算机背景的本科生、研究生和博士后加盟。