CN108780920A - 具有有机电极的高离子导电性可充电固态电池 - Google Patents

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Abstract

一种改进的可充电电池可以使用完全固态的材料。该电池可以使用至少一种有机活性材料用于电极。该电池可以使用包含醌的阴极。电池的电解质可以是离子导电性无机化合物。该电池的阳极可包含碱金属。此外，阴极的醌的羰基可以在放电期间还原成酚根离子并与碱金属离子配位，在充电期间发生反向的变化。

Description

具有有机电极的高离子导电性可充电固态电池
相关申请
本申请要求2016年3月11日提交的美国临时专利申请第62/307,079号的优先权，通过引用将该申请全文纳入本文。
发明领域
本发明涉及具有高离子导电性的可充电固态电池，该可充电固态电池包含有机电极。
发明背景
锂离子电池在大规模商业应用和制造，这将降低成本并促进车辆和固定应用中的能量存储的增长。然而，目前制造的锂离子技术具有性能上的缺陷，不断的进步无法解决以下问题：(1)能量密度受到通过嵌入机制实际能够存储的电荷量的限制，(2)热活化降解机制将运行温度的上限限制到50℃并需要冷却系统，以及(3)使用有机碳酸盐电解质导致电池具有固有的易燃性问题。通过用Li金属替换负极，并且用固体离子导体代替隔膜中的液体电解质和多孔正极来形成可充电固态电池，有希望克服这些缺陷。可充电固态电池开辟了成本上有竞争力的电池，而热稳定性和安全性的改进将通过减少封装和控制以及创造设计灵活性而在系统级别上具有显著优势。
目前在美国，大约4％的新型轻型车辆包含部分或完全的电气化动力系统。普遍认为，电池的进一步改进是更广泛使用的关键障碍。电气化动力系统增加10％将使美国的石油消耗减少3％，使美国的总能源消耗减少1％，并且使美国的二氧化碳排放总量减少1％，同时减少NOx和其他燃烧产物的排放。除了对车辆的影响之外，具有能量密集性、热稳定性并且不易燃的电池技术也是电网存储所关注的，特别是在密集的城市环境中尤为如此。
与常规用于商用锂离子电池的无机材料相比，具有氧化还原活性的有机插入材料(OIM)由天然丰富的元素(C，H，N，O，S)组成，它们的氧化还原电位和比容量可以通过分子结构设计进行调整，提供几乎无限的选择。OIM是晶体有机分子，具有公知的氧化还原活性官能团，其通过插入反应可逆地储存/释放金属阳离子。一些结构简单且低成本的OIM(例如苯醌和衍生物)具有相对于Li的2.5-3.0V的氧化还原电位和350-600mAh/g的比容量。已经有数个研究小组提出将这些OIM作为锂离子电池的阴极材料，但它们在传统的液体电解质电池中显示出多硫化物样溶解诱导的容量衰减。可以通过简单OIM的聚合和官能化来减轻这种容量衰减，但是这两种方法导致合成复杂(因此增加了成本)以及比容量降低(由于分子量增加)。有一些利用有机活性材料电极的电池的实例，但是它们使用的是液体电解质。此外，存在使用有机电极活性材料和复合聚合物电解质的电池的实例，但是这些复合聚合物的离子导电性很差。大多数现有的可充电固态电池使用无机阴极活性材料如氧化物和硫化物制成，但同时获得高能量密度和结构可逆性仍然有难度。
因此，希望提供一种使用OIM和固态电解质的完全固态电池，其具有高离子导电性以获得更好的性能。由于电池中不存在液体，因此在OIMS的充放电循环过程中存在无溶解的特性，因而可以改善循环稳定性。
发明内容
在一个实施方式中，电池可以是可充电的。此外，该电池的所有组件可以包含固态材料，或者该电池可以是全固态电池。在一些实施方式中，所述电池可以基于一类新的可持续有机活性材料，该材料包含羰基，并且无毒、无害且完全可生物再生，而且具有高容量(例如>400mAh g-1)。
在一些实施方式中，所述电池可以提供基于醌的阴极，其解决了目前由以下体系引起的问题：高温、腐蚀性、反应性和危险的液体阳极电解质和阴极电解质体系(例如Na-S电池)；易燃有机液体电池(如钠离子体系)；低能量密度的具有腐蚀性且危险的液体设计(例如V型流动体系)。在一些实施方式中，当电池充电时，电池可以提供包含醌化合物的阴极。在一些实施方式中，电池可以提供包含至少一种离子导电性无机化合物的电解质。在一些实施方式中，离子导电性无机化合物的通式可以为AxByCz，其中A选自Li、Na或其组合，B选自P、As、Si、Ge、Sn、Pb、B、Al、Ga、In、Tl、Ca、Ba、Ti、Cu、Ag、Zn、La、Ce、V、Ta或其组合，C选自O、N、S、Se、Sn或其组合，x/z＝0.5-1.0，且y/z＝0.2-0.6。在一些实施方式中，电池可以提供包含Li、Na或含有Li或Na的合金的金属阳极。该新电池是基于良好且可放大的固体堆叠设计，其可在室温附近和/或高能量密度下可逆地运行。此外，所有使用的材料均可来自可再生和可回收材料，并且电池设计可以进行优化以便回收利用。
前述内容相当宽泛地描述了本发明内容的各种特征，使得能够更好地理解以下的详细说明。下面将描述本公开的其它特征和优点。
附图简要说明
为了更完全地理解本公开及其优点,结合附图参照以下说明来描述本公开的具体实施方式，其中：
图1比较了固态电池中使用的醌和电解质/电极材料的机械性质；
图2是全固态电池的非限制性实例的示意图；
图3a-3c显示可用作固态电池的阴极活性材料的醌的结构，包括(a)包含1,2-苯醌和1,4-苯醌亚结构的醌的一般结构；(b)醌的官能化实例；(c)具体的醌的例子；
图4a-4b显示(a)醌的可逆电化学还原机理和(b)还原形式的醌的一般结构；
图5显示直接连接到醌核上的-OM基团(M＝Li和Na)可被氧化成羰基并释放M+离子的实例；
图6a-6b显示用Li+传导性固态电解质测量的Li2Na2C6O6的(a)电压分布和(b)循环性能；和
图7a-7b显示了用Na+传导性固态电解质测量的Na2C6O6C的(a)电压分布和(b)循环性能。
具体实施方式
现在参考附图，其中所描绘的元件不一定按比例示出，并且在几个视图中相同或相似的元件用相同的附图标记表示。
总体参考附图，应该理解，这些图示是为了描述本公开的具体实施方式，而不是将本公开限制于此。尽管本文中使用的多数术语是本领域普通技术人员已知的，但是应当理解，在未明确定义的情况下，术语的含义应当是本领域普通技术人员目前所接受的含义。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例和说明性的，不构成对要求保护的本发明的限制。在本申请中，单数形式的使用包括复数形式，词语“一个”或“一种”表示“至少一个/一种”，“或”字的使用表示“和/或”，除非另有具体说明。此外，使用术语“包括”以及其它形式，如“包含”和“含有”不是限制性的。同时，除非另外具体说明，术语如“元件”或“组件”涵盖包括一个单元的元件或组件以及包括不止一个单元的元件或组件。
应理解，本文使用的“固态”表示电池的组件完全由固体材料形成。例如，电池的电极或电解质可包括多种类型的材料，其中一些材料在常规电池中可以是水性的。然而，在固态电池或固态电解质中，构成电池或电解质的全部材料完全是固体。在一些情况下，固态材料可以是晶体的，半晶体的或无定形的。
使用醌作为阴极活性材料的电池最通常使用液体/准固体有机电解质，其与醌紧密接触，提供有效的离子导电路径。然而，由于溶解，非聚合物醌在这些电解质中通常表现出较差的循环性。本公开中的固态电解质解决了这种溶解问题，并使得任何醌活性材料可以稳定地运行。
在美国专利申请公开2014/0308581、国际申请公开WO 2016/025734和国际申请公开WO 2016/191292中讨论的现有研究中，讨论了各种类型的利用有机电极的电池，这些专利公开的全文均通过引用纳入本文。上述现有研究中讨论了具有有机电极活性材料和水性电解质的电池，其中不能使用含有诸如锂或钠的材料的低电位(例如相对于Li，<1V)金属阳极。本公开中的固态电解质与这样的阳极相容，由此能够获得以醌作为阴极的高电压电池。
美国专利申请公开2012/0196182显示了包含由具有低级烷氧基的1,4-苯醌化合物制成的正极和固体玻璃-晶体电解质的电池。然而，该电池不能被认为是固态电池，因为在正极电解质中加入了50μL的液体电解质以浸渍碳纸，该液体电解质是在γ–丁内酯中的高氯酸锂(1.0mol L-1)。本公开中的固态电池不包含这种挥发性液体有机电解质，因此将避免由于与这种易燃物相关的热失控引起的安全问题。
在Zhu等发表的《具有复合聚合物电解质和柱状[5]醌阴极的全固态锂有机电池(All-Solid-State Lithium Organic Battery with Composite Polymer Electrolyteand Pillar[5]quinone Cathode)》(J.Am.Chem.Soc.,2014,136(47),第16461–16464页)中，讨论了基于有机柱状[5]醌阴极的全固态锂电池。然而，该电池使用由聚(甲基丙烯酸酯)-聚(乙二醇)和LiClO4与3重量％SiO2纳米颗粒混合制成的复合聚合物电解质。与无机物相比，这种干燥的固体聚合物电解质更容易加工并且更容易与电极活性材料形成紧密接触，但是在室温下也表现出在10-6-10-4S cm-1级别的低离子电导率，这限制了电池在高电流密度下的性能。本公开中的固态电解质在室温下具有10-5-10-2S cm-1的高离子电导率，因此将实现更好的高电流性能。
本文讨论了具有高离子导电性的可充电固态电池。值得注意的是，这种固态电池完全由固态材料制成。在一些实施方式中，电池的阴极、电解质和阳极可以由固态材料形成。此外，存在于电池中的任何载体、粘合剂、集电器或任何其他组件也由固态材料形成。在一些实施方式中，固态电池由阴极、离子导电性无机固态电解质和金属阳极形成，所述阴极由至少一种有机活性材料形成。
图1比较了固态电池中使用的聚合物电解质、金属、陶瓷、醌和电解质/电极材料的机械性质。与基于硫化物的Li+导体Li3PS4、基于氧化物的Li+导体LLZO和氧化物阴极LiCoO2相比，醌的硬度和弹性模量均更小，这有利于通过简单的冷压与电解质形成紧密2D接触。
图2是本文讨论的可充电固态电池的非限制性实例的局部截面示意图。电池可以包括(从顶部到底部)第一集电器210(任选的)到由阴极混合物形成的阴极220。固态电解质层230将阴极与阳极层240隔开，并且可以在阳极240下方设置第二集电器250(任选的)。阴极220与电解质230接触，并且阳极240也与电解质接触。然而，阴极220和阳极240彼此电隔离以防止短路。应当注意，这里使用的术语“接触”是指电接触，并不排除使用中间材料，例如导电粘合剂等。
本文讨论的电池是完全由固态材料形成的固态电池。本领域普通技术人员应当理解，各种电池组件可包括有助于粘合、结构刚性等的材料，这些材料不会影响电池的性能，可以认为是非活性材料。除非另有说明，否则本文提供的关于电极、电解质、阴极、阳极等的讨论一般是指这些组件的活性材料，或更具体地是指在充放电期间具有电活性的材料。在一些实施方式中，电池可以提供阴极，该阴极的电极材料完全由用作电极活性材料的有机电极材料形成。在一些实施方式中，阴极可以由至少一种有机电极材料形成。在一些实施方式中，电池可以提供由美国专利申请公开2014/0308581、国际申请公开WO 2016/025734或国际申请公开WO 2016/191292中讨论的有机电极活性材料或有机羰基化合物形成的阴极。在一些实施方式中，阴极可以由至少一种醌形成。在一些实施方式中，醌包含选自图3的分子化合物。应该注意的是，醌是OIM的非限制性例子，OIM是如上所讨论的电极的活性材料。在一些实施方式中，醌的羰基可以是氧化形式或还原形式(例如，与碱金属离子配位)。在一些实施方式中，至少一种醌的羰基可以在放电期间还原成酚根并与碱金属离子配位，或者在充电期间发生相反的变化。在一些实施方式中，所述至少一种醌具有直接连接至醌核的-OM基团，其中M＝Li或Na，该基团可以氧化成羰基并释放M+离子。有机醌材料具有通过多个电子转移反应实现的高比容量，并且是可持续且环保的，而且具有潜在的低成本。此外，可以利用丰富的有机化学知识来对有机醌材料的化学结构中的官能团进行微调，以优化活性材料-固体电解质界面相互作用，从而降低界面电阻。
一些OIM显示出良好的电子电导率(～10-4S/cm)和离子电导率(～10-6S/cm)。因此，用于硫电极的动力学改进策略，例如会明显降低比能的高的液体电解质/硫比例以及制备复杂的纳米结构复合物，对于OIM来说通常是不需要的。此外，OIM的工作电位比过渡金属氧化物(例如LiCoO2)的工作电位低约1V，这降低了对电解质的阳极稳定性的要求。结果，可以预期更宽泛的固体电解质选择和更稳定的阴极-电解质界面性质。
电池还可以提供具有有机或无机电极活性材料的对电极。对电极或阳极完全由固态材料形成。在一些实施方式中，对电极由包含至少一种碱金属的材料形成。对电极能够合金化和脱合金化；能够沉积和剥离；并且/或者能够储存和释放碱金属。在一些实施方式中，碱金属可选自锂(Li)、钠(Na)或其组合。作为一个非限制性实例，对电极可以是含有Li或Na的合金，例如LixIn(x＝0-4.33)和NaySn(y＝0-3.75)。在一些实施方式中，对电极可在电池放电过程中释放碱金属阳离子到电解质中。此外，也可以在阳极处形成酚盐。
电解质包含具有离子导电性的无机化合物。电解质完全由固态材料形成。在一些实施方式中，电解质完全是无机的。无机化合物可以是完全无定形相，部分无定形和晶体相，或完全晶体相。在一些实施方式中，无机化合物的通式可以为AxByCz，其中A选自Li、Na或其组合，B选自P、As、Si、Ge、Sn、Pb、B、Al、Ga、In、Tl、Ca、Ba、Ti、Cu、Ag、Zn、La、Ce、V、Ta或其组合，C选自O、N、S、Se、Sn或其组合，x/z＝0.5-1.0，且y/z＝0.2-0.6。在一些实施方式中，固态电解质可选自硫化物(玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷)、氧化物(LISICON、NASICON、石榴石等)和Li磷氧氮化物(LiPON)。在一些实施方式中，固态电解质可选自Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-P2S5-GeS2、Li3PS4、Li7P3S11、Li4P2S6、Li10GeP2S12、石榴石型Li7La3Zr2-xNbxO12(M＝Nb、Ta、Al,0≤x≤0.5)、钙钛矿型La0.5Li0.5TiO3、LiPON、Na3PS4、Na3SbS4、Na2S-P2S5、Na10GeP2S12、Na3PSe4、Na3+xMxP1-xS4(M＝Si、Ge和Sn，0≤x≤1)或Na3Zr2Si2PO12。在一些实施方式中，固态电解质可以选自但不限于Na3+xP1-xSixSe4(0≤x≤1)、Na3PSe4-xOx(0≤x≤4)。
在一些实施方式中，固态电解质的离子电导率在室温下高于10-5S cm-1。
在一些实施方式中，可任选地为电池的电极提供载体。电极材料可以位于载体上，例如醌可以位于载体上。在一些实施方式中，可以通过浆料或油墨涂布方法以卷到卷(roll-to-roll)的方式在载体上形成电极。在一些实施方式中，固态电解质也可位于载体上。在一些实施方式中，可以将电解质冷压到电极上。此外，还可以提供任选的聚合物粘合剂以将材料粘合到载体上。作为非限制性实例，聚合物粘合剂可以选自聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸酯/盐、聚丙烯酸酯/盐、羧甲基纤维素及其Li或Na盐，以及藻酸酯/酯及其Li或Na盐。在一些实施方式中，载体可具有选自泡沫、箔或网的结构。在一些实施方式中，载体可以由选自第4、8、10、11、13或14族元素中的至少一种元素构成。
在一些实施方式中，有机电极活性材料或阴极活性材料可以是有机羰基化合物(OCC)。在一些实施方式中，电极可以是醌。在一些实施方式中，醌可包含选自图3a-3c的分子化合物。在一些实施方式中，醌的羰基被还原并与碱金属离子配位。此外，有机电极活性材料可以与至少一种固体电解质混合。在一些实施方式中，还可以提供至少一种导电剂。固体电解质可以包括无机化合物，并且可以是完全无定形相，部分无定形和晶体相，或完全晶体相。无机化合物的通式可以为AxByCz，其中A选自Li、Na或其组合，B选自P、As、Si、Ge、Sn、Pb、B、Al、Ga、In、Tl、Ca、Ba、Ti、Cu、Ag、Zn、La、Ce、V、Ta或其组合，C选自O、N、S、Se、Sn或其组合，x/z＝0.5-1.0，且y/z＝0.2-0.6。此外，在一些实施方式中，对电极由包含至少一种碱金属的材料形成。在一些实施方式中，碱金属可选自锂(Li)、钠(Na)或其组合。
图3a-3c显示氧化形式的醌的结构，这些结构包括在醌的总体范畴中，可用作固态电池的电极活性材料。图4a-4b显示还原形式的醌的结构的非限制性实例，这些结构可用作固态电池的电极活性材料。通常，美国专利申请公开2014/0308581、国际申请公开WO2016/025734和国际申请公开WO 2016/191292中讨论的包括有机羰基化合物(OCC)在内的各种有机材料可以被还原并与碱金属离子配位。类似地，图3a-3c中所示的醌可以被还原并与碱金属离子配位。作为非限制性实例，1,4-二羟基萘(图4a)和Li4Na2C6O6(图5)的碱金属盐均是还原形式的醌。当可逆地氧化成它们的含羰基态时，它们分别成为1,4-萘醌和Li2Na2C6O6这样的醌。还原形式的有机羰基聚合物也可以用作电极活性材料，如图3a-3c中所示的那些。
在一些实施方式中，当电池从充电状态放电时，电池可以形成具有酚根结构的还原醌阴极。此外，碱金属阳离子，例如Li或Na，可以从阳极释放到电解质中，在阳极处形成酚根。当电池从放电状态充电时，碱金属阳离子，例如Li和Na，可以在阳极处合金化/沉积/储存。此外，碱金属阳离子可以从阴极释放到电解质中，在阴极处形成醌。在一些实施方式中，通过以下方式还原醌：(1)在含有Li或Na的电解质中进行电化学还原和(2)用Li或Na盐进行化学还原。
对于图3a-4b中所示的各种分子结构，所示的R1、R2……R4选项可适用于这些图中关于RN基团所示的各种结构。此外，应当理解，列出多个选项的项目不排除在分子结构内重复特定选项。例如，选择R1＝Mtx并不排除Mtx被选择用于R2、R3和/或R4。电极活性材料的非限制性实例可以包括固态电池中从未报道过的Li2Na2C6O6。在实施例1中说明了由Li2Na2C6O6制成的这种装置的第一原型。电极活性材料的其他非限制性实例可包括Na2C6O6、1,4-苯醌、1,4-萘醌、苯并[c]噻吩-4,7-二酮、蒽-9,10-二酮、1,10-菲咯啉-5,6-二酮、芘-4,5,9,10-四酮，或其组合(图3c)。
图3a-4b中所示的化合物的电活性源自羰基的可逆电化学还原反应和带负电荷的氧原子与金属离子配位的能力(例如图4b和图5)。这种“阳离子配位”天生是快速且高度可逆的。
在一些实施方式中，醌的分子工程集中于两种材料，即对苯醌和邻苯醌，它们经历可逆的双电子氧化还原反应。这些材料的衍生产生两类具有477mAh g-1的高比容量的醌。这些具有芳环的材料的官能化改善了分子之间的电子相互作用，这增加了材料的电子导电性。向分子中引入杂原子促进了离子传输，并且在单个分子单元中结合入多个分子可以形成具有高容量和空位的醌，这些空位用于进一步的结构修饰。密度泛函理论(DFT)计算可用于估算醌的最低未占分子轨道能级，以及锂化/嵌钠(sodiation)时醌的自由能变化。结果可以很好地估计醌的充电/放电电位。
应当理解，醌可以在还原时转化为酚盐(例如图4b)，在氧化时转化为羰基化合物(例如图5)。这些类型的转化是可逆的，并且可以在固态电池的充放电循环期间重复。
与使用无溶剂的干法工艺制造的传统固态电极不同，在一些实施方式中，醌阴极可通过浆料或油墨涂布方法以卷到卷的方式制造。图3a-4b中所示和美国专利申请公开2014/0308581、国际申请公开WO 2016/025734和国际申请公开WO 2016/191292中所述的化合物可溶于一些溶剂，这些溶剂是例如但不限于：二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、水、乙醇、丙酮、乙腈、γ-内酯、乙酸乙酯、乙二醇二甲醚、氯苯、1,2-氯苯、氯仿、二氯甲烷等。作为非限制性实例，1,4-苯醌可溶于丙酮。在一些实施方式中，完全溶解的醌可以与固态电解质粉末精细混合以形成浆料。在一些实施方式中，完全溶解的醌可与可溶性固态电解质前体精细混合以形成油墨。在醌不溶于任何溶剂的情况下，醌可以作为粉末提供，并且可以与可溶性固态电解质前体精细混合以形成浆料。在本领域中应理解，可加入有机粘合剂以形成具有所需性质的稳定浆料或油墨，所需性质例如是用于卷到卷加工所需的粘度、粘合力、表面张力等。然后可以通过刮刀法或超声喷涂法以卷到卷的方式在基材上涂覆这种浆料或油墨。在干燥过程中除去溶剂后，可以压缩电极以降低孔隙率并提高界面电导性。
实验实施例1：锂离子电池中的(Li2Na2C6O6)
通过以下实施例来说明本公开的具体方面。本领域普通技术人员应当理解，以下实施例中所述的方法仅仅显示了本公开的示例性实施方式。根据本公开的内容，本领域普通技术人员应理解，在不偏离本公开精神和范围的前提下，可对所描述的具体实施方式进行许多改变，同时仍能获得相同或类似的结果。
已经构建了基于Li和/或Na金属和醌的全固态原型电池，并且在实验室测试中表现出优异的电化学性能。将Na2C6O6冷冻研磨并与碳纳米管以9:1的重量比混合。图6a示出了用Li传导性固态电解质和Li金属作为阳极测量的这种电池的电压分布。该实施例中使用的电解质是无定形75Li2S-25P2S5(摩尔％)。图6b显示用Li+传导性固态电解质测量的醌的循环性能。
实验实施例2：钠离子电池中的(Na2C6O6)
还对醌用于固态钠电池进行了评估。图7a-7b分别显示了用Na+传导性固态电解质和Na15Sn4阳极测量的这种电池的电压分布和循环性能。该实施例中使用的电解质是玻璃-陶瓷Na3PS4。
基于羰基氧原子与各种碱离子(Li+、Na+、K+、Mg2+等)配位的能力，使用K和Mg的醌基全固态电池预计也可以起作用。
通过文中所述的实施方式说明了本公开的具体方面。本领域技术人员应当理解，文中所述的实施方式仅仅表示本公开的示例性实施方式。根据本公开的内容，本领域普通技术人员应理解，在不偏离本公开精神和范围的前提下，可对所描述的具体实施方式进行许多改变，同时仍能获得相同或类似的结果。通过以上说明，本领域普通技术人员可以容易地确知本公开的主要特征，并且可以在不背离本发明精神和范围的情况下，对本公开进行各种改变和改良以使其适于各种应用和条件。以上描述的实施方式仅仅是用于举例说明的目的，不会对本发明的范围构成限制。

Claims (20)

1.一种由固态材料形成的电池，所述电池包括：
阴极，其包含至少一种用作阴极活性材料的有机电极材料；
与所述阴极接触的电解质，其中所述电解质包含具有离子导电性的至少一种无机化合物；和
包含碱金属的阳极，其中所述阳极与所述电解质接触并与所述阴极电隔离，并且构成阴极、电解质和阳极的所有材料都是固态材料。
2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述至少一种无机化合物的通式为AxByCz，
其中A选自Li、Na或它们的组合，
B选自P、As、Si、Ge、Sn、Pb、B、Al、Ga、In、Tl、Ca、Ba、Ti、Cu、Ag、Zn、La、Ce、V、Ta或它们的组合，
C选自O、N、S、Se、Sn或它们的组合，
x/z＝0.5-1.0，和
y/z＝0.2-0.6。
3.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述电解质是晶体、半晶体或无定形的。
4.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阴极包含至少一种醌。
5.如权利要求4所述的电池，其特征在于，所述至少一种醌包含1,2-苯醌和1,4-苯醌亚结构。
6.如权利要求4所述的电池，其特征在于，在放电过程中，所述至少一种醌的羰基还原成酚根并与碱金属离子配位。
7.如权利要求4所述的电池，其特征在于，所述至少一种醌具有直接连接至醌核的-OM基团，其中M＝Li或Na，所述-OM基团被氧化为羰基并释放M+离子。
8.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阳极包含Li、Na或含有Li或Na的合金。
9.如权利要求8所述的电池，其特征在于，在电池的充放电过程中，所述阳极能够合金化-脱合金化/沉积-剥离/储存-释放选自Li、Na或其组合的至少一种金属离子。
10.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述阴极包含至少一种醌。
11.如权利要求10所述的电池，其特征在于，所述阳极包含Li、Na或含有Li或Na的合金。
12.一种形成可充电全固态电池的方法，所述方法包括：
形成包含至少一种用作阴极活性材料的有机电极材料的阴极；
形成包含至少一种具有离子导电性的无机化合物的电解质，其中所述电解质设置成与所述阴极接触；和
形成包含碱金属的阳极，其中所述阳极设置成与所述电解质接触并与所述阴极电隔离，并且构成阴极、电解质和阳极的所有材料都是固态材料。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述无机化合物的通式为AxByCz，
其中A选自Li、Na或它们的组合，
B选自P、As、Si、Ge、Sn、Pb、B、Al、Ga、In、Tl、Ca、Ba、Ti、Cu、Ag、Zn、La、Ce、V、Ta或它们的组合，
C选自O、N、S、Se、Sn或它们的组合，
x/z＝0.5-1.0，和
y/z＝0.2-0.6。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述阴极包含至少一种醌。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一种醌包含1,2-苯醌和1,4-苯醌亚结构。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，在放电过程中，所述至少一种醌的羰基还原成酚根并与碱金属离子配位。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一种醌具有直接连接至醌核的-OM基团，其中M＝Li或Na，所述-OM基团被氧化为羰基并释放M+离子。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述阳极包含Li、Na或含有Li或Na的合金。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，通过浆料或油墨涂布方法以卷到卷的方式形成阴极。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，将所述阴极冷压到电解质上。
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