作为各种电子设备和电动汽车的主要储能设备，可充电锂电池近年来经历了爆发式发展，其中，电池正极材料尤为重要。当前，电池中使用的无机材料成本高、地理分布不均和稀缺性已经对电池行业的进一步发展产生了瓶颈，尤其是那些含有钴、镍和其他重金属元素的无机材料更是问题重重。从能源安全和可持续发展的角度来看，开发可替代无机正极材料的有机材料不仅具有科学意义，还具有巨大的商业价值。可充电有机正极材料因其可持续性强、成本效益高和电化学性质可调等优势而在锂电池中受到越来越多的关注。理论上，通过目标元素取代或官能团取代很容易提高充放电电压平台并增加电池的可逆容量。但实际上，有机分子的设计性在电池性能提升方面并没有得到完全体现，特别是充放电容量、电位间隙、循环稳定性和倍率性能仍远未达到预期。

图1 蛋白质和有机小分子正极的多级结构

针对上述问题，一项由李振教授团队和杨全红教授团队联合完成的工作为大家提供了一个崭新的思路。在这项工作中，受蛋白质多极结构影响其生化活性这一事实的启发，研究人员通过巧妙的分子设计，获得了一系列具有不同柔韧性和对称性的有机小分子，并通过这些小分子展示了材料的多级结构(单分子化学组成、分子构象、聚集态结构)对有机电池性能的深刻影响。相关研究以“The key role of molecular aggregation in rechargeable organic cathodes”为题发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊Matter（Matter 2022, DOI: 10.1016/j.matt.2022.09.008）上。论文共同第一作者为天津大学-新加坡国立大学福州联合学院在站博士后王雲生和天津大学2019级博士生张伟超，共同通讯联系人为杨杰副研究员、张俊博士、杨全红教授和李振教授。

文章链接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00526-4