提升能量密度是二次电池重大应用的需求和技术进步的驱动力。吴锋教授及其研究团队于2002年在国际上率先提出基于多电子反应构筑能量密度>300Wh/kg二次电池新体系的创新思路，进而又提出了轻元素、多电子、多离子反应理论，探索研究了系列多电子反应材料体系，阐明了实现轻元素材料的多电子反应机制，进而提出了实现电池能量密度提升的策略，为高比能二次电池的发展奠定了科学基础。以此为基础研制出系列具有轻元素多电子反应特征的电极材料，攻克了界面稳定性难题；制备出可实现多电子反应的高比容硫基复合正极材料和能量密度为460Wh/kg的锂硫二次电池，大幅度超越锂离子电池，硫在微孔碳负载固化机制及多电子反应的研究成果入选国际锂硫电池研究论文的Top Ten；首次证实Al3+能够在金属氧化物中可逆嵌入和脱出，构建出新型3电子铝二次电池体系，为引领高比能电池新体系发展提供了重要的理论依据与技术支持。以上重大科学前沿创新在2002-2019年获得连续三期国家973项目的支持，吴锋教授均为首席科学家，北京理工大学均为牵头单位。此外，还获得了国家863计划、国家自然科学基金、教育部2011协同创新中心、教育部博士点基金等项目的大力支持。
针对锂离子电池应用中的安全性和温度适应性难题，揭示了电池的可逆保护机制，提出通过系列关键材料的协同作用提高电池本征安全性：发明了安全性电极和陶瓷类隔膜、具有阻燃性和电化学兼容性的电解质材料和具有分级结构的新型富锂锰基正极材料、具有高安全性和高室温电导率的新型凝胶固态电解质等系列高性能电池材料，率先提出电池系统安全阈值边界的概念，开发出相关识别与控制技术。这些关键核心技术的突破显著提高了电池及系统的安全性、比能量和温度适应性，提升了我国锂电池产品在国际市场的竞争力，并与国内电池和材料企业合作进行了工程化开发应用，取得了显著的经济效益。发明了含锂储氢合金，解决了高温熔炼工艺中锂容易挥发的难题，还开发出高性能金属泡沫集流体，为电池高容量和电极制造连续化提供了材料支持，创建了我国第一条镍氢电池连续自动化生产线，自主研发生产出多规格镍氢电池产品和系列高功率动力电池组。近年来发表SCI论文400余篇，多篇入选ESI近十年高引用论文，获发明专利授权100余项。吴锋教授作为第一完成人，获国家科技进步二等奖和国家技术发明二等奖各一项和4项国际奖，并先后当选国际欧亚科学院院士、亚太材料科学院院士和中国工程院院士，为我国新能源材料与新型绿色二次电池的发展做出了突出贡献。