武汉大学宋智平团队综述：二次电池小分子有机电极材料

武汉大学宋智平教授团队系统总结了二次电池小分子有机电极材料的相关基础知识与观点，包括它们的工作原理与应用、材料结构分类、分子结构设计及电化学性能优化策略。

传统锂离子电池主要基于含过渡金属（如Co、Ni）的无机正极材料，其正面临能量密度天花板和资源可持续性问题。因此，当前亟需开发不受资源限制的新型高效电极材料和二次电池技术。其中，有机电极材料主要由C、H、O、N、S等丰富元素组成，具有结构多样可设计、理论比容量和能量密度高（分别可达600 mAh g⁻¹和1000 Wh kg⁻¹）、以及潜在的成本低等众多优势，近年来受到越来越多的关注。此外，由于电活性有机基团的氧化还原反应对于嵌入的阳离子或阴离子具有广泛兼容性，因此有机电极材料可应用于几乎所有的二次电池体系中，包括非水系锂/钠/钾/镁电池、水系锌电池、双离子电池、液流电池等。根据结构特征，有机电极材料主要可分为小分子、聚合物、金属-有机框架（MOF）等几大类。其中，小分子有机电极材料最易获取与合成，能量密度潜力最大，但在非水系电解液中面临最严重的溶解和穿梭问题，导致循环稳定性差和库伦效率低等不足。

最近，武汉大学宋智平教授团队基于在有机电极材料领域的多年研究经验，系统总结了小分子有机电极材料的相关基础知识与观点。本文中，作者首先介绍了基于有机电极材料的四种二次电池设计（金属−有机电池、有机正极基金属离子电池、有机负极基金属离子电池、双离子电池）及其工作原理，并整理归纳了已报道的n型和p型材料的电活性有机基团、结构单元和氧化还原机理。随后，作者按照不同的有机基团和结构单元，对n型和p型小分子有机电极材料进行了详细的分类，列举了已报道的代表性材料，并分析了各类材料的优缺点及发展前景。此外，针对小分子有机电极材料的溶解问题，作者从分子结构设计和外部优化策略两大方面归纳了提高材料循环稳定性的主要方法。最后，作者对小分子有机电极材料的研究现状和发展趋势提出了自己的见解，希望该领域朝着更加科学和实用的方向发展。

论文第一作者为武汉大学博士生甘小塘，通讯作者为宋智平教授。详见：Xiaotang Gan, Zhiping Song. Small-molecule organic electrode materials for rechargeable batteries. Sci. China Chem., 2023, 66,3070-3104.

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【通讯作者简介】

宋智平 武汉大学化学与分子科学学院教授、博士生导师，国家级青年人才项目获得者。2006年和2011年于武汉大学分别取得学士和博士学位，2012-2015年于日本产业技术综合研究所（AIST）周豪慎教授课题组从事博士后研究，2015年回国到武汉大学任教。研究领域为电化学能量存储与转换（包括但不限于各种二次电池，如锂/钠/钾/镁/锌电池、锂硫电池、固态电池、水系电池等），特色研究方向为有机电极材料及其储能器件。至今已发表SCI论文50余篇，其中以第一或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Nano Lett.、Adv. Energy Mater.、Adv. Sci.、Energy Storage Mater.等高水平期刊上发表30余篇。SCI论文被引4000余次，ESI高被引论文7篇。编写RSC专著《Redox Polymers for Energy and Nanomedicine》其中一章。主持国家自然科学基金项目4项，参与科技部重点研发计划项目1项。课题组网址：http://zpsong.whu.edu.cn。

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