新能源材料基因工程是一种将材料基因工程的理念和方法应用于新能源材料研发的新兴技术领域，主要目的是加速新能源材料的研发进程、降低研发成本以及提高材料性能。《新能源材料基因工程与应用导论》正是为此目的而开设的一门大学专业课程，同时，它也是一门为培养具有 AI 前瞻眼光、紧密贴合新工科时代要求的新型专业人才而精心开设的材料科学专业课程。

课程教学内容以新能源和环境材料的基本结构与特性为基础，有机融合材料基因工程的理论及应用方法，加入新能源和环境材料最新研究成果，以理论基础加研究实例的思路，全面向同学们展示将材料基因工程的理念和方法应用于新能源和环境材料研发的新兴技术领域。

本课程由北京理工大学长期执教在新能源领域教学科研一线的三位教师共同讲授。他们具备丰富的教学经验，对知识体系理解透彻，讲解细致生动，耐心负责。他们的专业水平和教学经验是本课程能够以高水准呈现给学习者的最有力保障。

1.注重基础知识，使学生对新能源材料、环境材料和材料基因工程三大块的内容有比较完整的认识；

2.配套核心知识点的数字化资源，使课程以多元、开放、交互的方式呈现；

3.密切跟踪世界学科前沿，引入新材料、新原理、新思路，突出课程内容现代化；

4.注重多学科知识的交叉整合，聚焦材料、化学和信息领域交叉复合型人才培养。

课程负责人：

陈人杰，北京理工大学教授、博士生导师，前沿技术研究院首席专家（先进能源材料及智能电池创新中心主任），材料科学与工程学科责任教授，理学与材料学部副主任委员。

现任国家部委能源专业组委员，中国材料研究学会副秘书长（能源转换及存储材料分会秘书长）、中国硅酸盐学会固态离子学分会理事、国际电化学能源科学院（IAOEES）理事、中国化工学会化工新材料专业委员会副主任委员和储能工程专业委员会委员、中国电池工业协会全国电池行业专家、北京电动车辆协同创新中心研究员，《储能与动力电池技术及应用》丛书编委、《中国材料进展》和《电化学》编委等。主要从事新型电池及关键能源材料的研究，面向高能量密度电池新体系的构筑、电池安全性能的改善、功能器件的设计开发开展多电子高比能电池新体系及关键材料、新型离子液体及功能复合电解质材料、特种电源与结构器件、绿色电池资源化再生、智能电池及信息能源融合交叉技术等方面的教学和科研工作。主持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、科技部863计划项目、科技部国际科技合作项目、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，研制出能量密度从300Wh/kg到600Wh/kg不同规格和性能特征的锂二次电池样品，先后在高容量通信装备、无人机、机器人、新能源汽车等方面开展应用。

在Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、National Science Review、Advanced Materials、Nature Communications、Angewandte Chemie-InternationalEdition、Energy & Environmental Science、Energy Storage Materials等期刊发表SCI收录论文400余篇；申请发明专利150项，获授权60余项；获批软件著作权10余项，出版学术专著3部（《先进电池功能电解质材料》科学出版社2020年出版；《多电子高比能锂硫二次电池》科学出版社2020年出版；《离子液体电解质》科学出版社2023年出版）。获得国家技术发明二等奖1项、部级科学技术一等奖6项。入选教育部长江学者特聘教授、北京高等学校卓越青年科学家、中国工程前沿杰出青年学者和英国皇家化学学会会士、科睿唯安“全球高被引科学家”、爱思唯尔“中国高被引学者”。

授课老师：

郭兴明，博士，硕士生导师。从事储能锂离子电池体系及其关键材料的科学研究，主持和参与了国家自然科学基金项目等多项科研课题，在《Angewandte Chemie-International Edition》，《Science China Chemistry》, 《ACS Applied Material & Interfaces》，《Waste Management》等国内外学术期刊发表多篇学术论文。讲授《新能源材料基础与应用》、《新能源材料与环境污染治理》、《能源与环境材料设计计算与建模》等多门本科生与研究生课程，获批多项教改项目。参与撰写《新能源材料基因工程与应用》（科学出版社）等书籍。

郁亚娟，博士，北京理工大学材料学院副教授，硕士生导师。主要从事新型绿色二次电池及先进能源材料研究，重点研究锂离子电池及其它各类储能材料的生命周期评价、动力电池环境足迹、锂离子电池模拟与仿真、电池健康状态和寿命预测、电池材料回收再利用等方面。主持国家自然科学基金项目3项，发表 SCI论文百余篇。出版学术专著《新能源汽车碳中和》、《锂离子电池回收与资源化技术》、《城市交通环境系统优化与管理》，参编《环境科学基础教程（第四版）》等教材。讲授《能源及环境材料设计计算与建模》、《新能源与环境材料工程技术经济分析》、《新能源汽车与动力电池》、《绿色材料与可持续发展》等课程。

新能源发展的重要支撑-新能源材料

课时目标：1.学习太阳电池工作原理，掌握太阳电池材料的分类与特征；2.学习锂电池工作原理，掌握锂电池材料的分类与特征；3.学习燃料电池工作原理，掌握燃料电池材料的分类与特征；

1.1 起源与概况

1.2 太阳电池材料

1.3 锂电池材料

1.4 燃料电池材料

1.5 总结与展望

开创可充电的世界-锂离子电池

课时目标：1.了解与学习电池、锂电池的发展历程2.学习锂离子电池基本理论，掌握锂离子电池工作原理3.了解锂离子电池的国内外研究动态，掌握锂离子电池的研究热点

2.1 电池的故事

2.2 锂离子电池的发展历程

2.3 锂离子电池的工作原理

2.4 锂离子电池研究进展

2.5 应用与展望

新时代储能电池体系-钠离子电池

课时目标：1.了解与学习钠离子电池的发展历程2.学习钠离子电池基本理论，掌握钠离子电池工作原理3.了解钠离子电池的国内外研究动态，掌握钠离子电池的研究热点

3.1 钠离子电池的出现

3.2 钠离子电池的发展历史

3.3 钠离子电池的工作原理

3.4 钠离子电池研究现状

3.5 未来与展望

更加先进与安全电池体系-固态电池

课时目标：1.了解与学习固态电池的发展历程2.学习固态电池基本理论，掌握钠固态电池工作原理3.了解固态电池的国内外研究动态，掌握固态电池的研究热点

4.1 固态电池的诞生

4.2 固态电池基本结构

4.3 固态电解质研究进展

4.4 固态电解质材料计算

4.5 总结与展望

可持续发展的呼唤-环境友好材料

课时目标：1.了解与学习环境友好材料的起源与发展2.学习环境友好材料基本理论，掌握环境友好材料的评价3.了解环境友好型电池，学习锂离子电池的回收相关理论

5.1 环境友好材料

5.2 环境友好材料的评价

5.3 环境友好型电池

5.4 锂离子电池的回收

5.5 结论与展望

材料设计与计算的前生今世

课时目标：1.了解和认识材料基因工程的起源与发展2.学习和掌握材料设计与计算的方法与应用3.了解和熟悉材料设计与计算的未来与发展

6.1 材料基因工程发展史

6.2 材料设计与计算

6.3 锂离子电池材料的计算

6.4 数据驱动的未来发展方向

6.5 未来展望

神奇的微观世界与宏大的宇宙空间

课时目标：1.了解与认识宇宙空间与微观世界2.学习和掌握分子动力学模拟基础理论3.学习和掌握与微观世界电化学基础理论

7.1 宇宙空间与微观世界

7.2 微观世界的发展历程

7.3 分子动力学模拟

7.4 微观世界电化学

7.5 总结与展望

原子和分子尺度的材料计算方法

课时目标：1.学习和掌握量子力学方法基本知识与理论2.学习和掌握分子力学方法基本知识与理论3.学习和掌握蒙特卡洛方法基本知识与理论

8.1 量子力学方法

8.2 分子力学方法

8.3 蒙特卡洛方法

8.4 未来展望

高屋建瓴：介观和宏观尺度的材料计算方法

课时目标：1.了解和熟悉介观和宏观尺度的材料计算方法现状2.学习和掌握CALPHAD方法及应用3.学习和掌握材料的流动与传热计算基本知识与理论

9.1 材料热力学

9.2 CALPHAD方法

9.3 CALPHAD应用

9.4 流动与传热计算

9.5 总结与展望

材料开发与设计的新天地：材料基因工程

课时目标：1.学习和掌握高通量计算基本知识与理论2.学习和掌握机器学习基本知识与理论3.学习和掌握材料基因数据库基本知识与理论

10.1 材料基因组计划

10.2 高通量计算

10.3 机器学习

10.4 材料基因数据库

10.5 结论与展望

理论模拟技术在电池研究中的应用

课时目标：1.学习和掌握不同电池正极材料的设计与计算思路及方法2.学习和掌握不同电池负极材料的设计与计算思路及方法3.学习和掌握不电解质材料的设计与计算思路及方法

11.1 正极材料设计与计算

11.2 负极材料设计与计算

11.3 电解质材料设计与计算

11.4 未来与展望

材料基因工程中的科学计算软件

课时目标：1.认识和了解科学计算软件的现状与发展2.学习和掌握常用科学计算软件的基础理论与实际应用

12.1 科学计算软件概述

12.2 常用软件介绍

12.3 结论与展望

材料计算工具之Materials Studio软件

课时目标：1.了解和认识Materials Studio软件起源与发展2.学习和掌握Materials Studio软件基本知识与应用方法3.了解与熟悉Materials Studio软件在材料与电池材料领域中的实际应用

13.1 Materials Studio软件

13.2 MS在材料领域应用

13.3 MS在电池领域应用

13.4 总结与展望

材料计算神器之VASP软件

课时目标：1.了解和认识VASP软件起源与发展2.学习和掌握VASP软件主体、辅助软件等的基本原理与应用方法3.了解与熟悉VASP软件在相关领域中的实际应用

14.1 VASP软件概况

14.2 VASP软件基本原理

14.3 VASP软件应用案例

14.4 VASP软件辅助软件

智能算法带来更好的电池材料

课时目标：1.了解与认识智能算法基本情况2.学习第一性原理计算的基本原理，了解其实际应用3.学习和掌握AI算法基本组成与基础理论4.认识与掌握AI算法在电池材料研究与开发上的应用

15.1 引言

15.2 第一性原理计算的应用

15.3 AI算法与材料

15.4 AI算法与二次电池

15.5 总结与展望

（1）扫描下方二维码：

（2）在中国大学MOOC的APP中搜索“新能源材料基因工程与应用导论”

（3）PC端访问

https://www.icourse163.org/course/BIT-1471510165?from=searchPage&outVendor=zw_mooc_pcssjg_