CN117012958A - 一种超高电子电导率的有机阴极材料及其制备方法和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高电子电导率的有机阴极材料，所述有机阴极材料为Li4C8H2O6‑TCNQ，所述Li4C8H2O6‑TCNQ是原材料Li4C8H2O6与TCNQ形成的电荷转移络合物。本发明的有机阴极材料具有超高电子电导率，并且将本发明的有机阴极材料用于全固态电池中，全固态电池具有更佳的电性能。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种超高电子电导率的有机阴极材料及其制备方法和电池。
背景技术
与无机材料相比，有机电极材料具有资源丰富、理论比容量高、合成条件温和、分子结构可设计等优点，因此引起了世界各国的广泛研究关注。然而，有机电极材料通常存在密度低、电子传导率低、在液体电解质中溶解度高的问题。这严重限制了它们在传统锂离子电池(LIBs)中的电化学性能。有机电极材料在全固态电池(ASSBs)中的应用可以从根本上抑制它们的溶解度，改善它们的电化学性能。并且固态电解质现在已经实现了与LEs相当甚至更高的离子电导率。
近年来，已经开发和研究了几种用于硫化物ASSB的有机阴极，但由于有机阴极材料的电子传导性极低，有机阴极材料在固态电池中的应用，特别是在高倍率下，仍然存在许多问题。值得让人关注的是有机阴极材料在高倍率下的利用率显著下降，研究学者通过改善有机材料的电子传导性，以期提升有机阴极材料在固态电池中的利用率。有技术人员通过使用基于碳质材料的导电骨架合成有机电极材料的复合材料或混合物。导电骨架增强了电极的导电性，并为氧化还原有机化合物提供了锚点，从而提高了功率和容量保持率。然而，大量的额外基质或支架大大增加了电极的重量，从而降低了放电比容量。
开发一种具有更高的电子传导性的有机阴极材料，能推动固态电解质和有机电极的配合，从而有望获得具有高放电比容量和良好的循环稳定性的全固态电池。
发明内容
本发明针对现有技术中的问题，公开了一种超高电子电导率的有机阴极材料，本发明的有机阴极材料具有超高电子电导率，并且将本发明的有机阴极材料用于全固态电池中，全固态电池具有更佳的电性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供的一种超高电子电导率的有机阴极材料，所述有机阴极材料为Li4C8H2O6-TCNQ，所述Li4C8H2O6-TCNQ是Li4C8H2O6与TCNQ(7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷)形成的电荷转移络合物。
本发明的上述设计：Li4C8H2O6材料是一个很好的电子供体，而TCNQ作为受体分子具有良好的缺电子特性，Li4C8H2O6和TCNQ形成电荷转移络合物，络合物中有密集的电子云，电子云在两个分子之间流动，有利于电子的自由移动，从而提升了有机阴极材料的电子电导率。
作为进一步方案，所述有机阴极材料中Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比为(1-2):(1-2)。
作为进一步方案，所述有机阴极材料中Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比为1:2。
作为进一步方案，所述有机阴极材料以衍射角2θ表示的X射线粉末衍射图谱中，具有10.5°、15.1°、16.7°、21.3°、26.6°、27.8°、30.2°、32.2°、38.3°特征峰。
本发明还提供了所述有机阴极材料的制备方法，所述制备方法包括根据Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比分别称取Li4C8H2O6和TCNQ，然后加入溶剂中，搅拌，干燥获得本发明的有机阴极材料。
作为进一步方案，所述溶剂包括1,3-二氧戊环；所述Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比为(1-2):(1-2)。选择合适的溶剂和Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比有利于获得具有更佳电子电导率的有机阴极材料的基础上，有机阴极材料用于固态电池中还可以在高倍率下保持较稳定的容量。
作为进一步方案，所述搅拌的时间为40h-55h。
作为进一步方案，所述干燥的温度是70℃-90℃，所述干燥的时间为10h-14h。
本发明还提供了具有所述有机阴极材料的阴极。在本领域中，在电池放电过程中阴极代表的是电池的正极，电池放电过程中阳极代表的是电池的负极。
作为进一步方案，所述阴极还包括导电剂、硫化物固态电解质。
作为进一步方案，以质量计，所述有机阴极材料在阴极的质量占比在15％-25％。
作为进一步方案，所述导电剂包括石墨烯、导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、多臂碳管、科琴碳黑、多孔碳、碳布、石墨、硬碳、焦炭、软碳、乙炔黑、碳晶须、针状焦中的一种或多种。
作为进一步方案，所述硫化物固态电解质包括晶态硫化物固态电解质、微晶玻璃态硫化物固态电解质中的一种或多种。
作为更进一步方案，所述晶态硫化物固态电解质包括硫银锗矿结构的硫化物、Thio-LiSICON结构的硫化物中的一种或多种。
作为更进一步方案，所述硫银锗矿结构的硫化物包括Li6PS5Cl(锂硫磷氯电解质)。
作为更进一步方案，所述Thio-LiSICON结构的硫化物包括Li10GeP2S12、基于Li10GeP2S12进行元素掺杂后得到的硫化物固态电解质。
作为再进一步方案，所述掺杂的元素包括Al，Si，Ga，Sn，N，O，Cl，Br，I中的一种或几种。
更优选地，所述微晶玻璃态硫化物固态电解质包括基于Li2S-P2S5体系的硫化物、基于Li2S-P2S5体系的硫化物进行元素掺杂后得到的多元体系硫化物中的一种或多种。
本发明还提供了具有所述阴极的全固态电池或电化学装置。
作为进一步方案，所述全固态电池包括硫化物固态电池或卤化物固态电池。
作为进一步方案，所述全固态电池可应用于3C产品中，3C产品包括但不限于，如电脑、平板电脑、鼠标、移动电话、数码相机、随声听、电子辞典、数字音频播放器、智能手表、MP3、MP4、收音机、蓝牙耳机。
作为进一步方案，所述电化学装置可用于终端消费产品，申请的终端消费产品包括但不限于，如手机、笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机。
作为进一步方案，所述电化学装置可用于用电设备，用电设备包括大型用电设备和小型用电设备，其中小型用电设备包括终端消费产品、可穿戴电子设备或可移动的电子设备；大型用电设备包括交通运输用电设备。交通运输用电设备包括但不限于如汽车、摩托车、助力自行车、公共汽车、地铁、高铁、飞机、船；可穿戴电子设备或可移动的电子设备包括但不限于如头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、无人机、电机、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器。本发明的阴极应用在电化学装置，其可以以电化学装置的形式容置在用电设备中，通常地，该电化学装置包括电池包或/多个电池模组或/单个电池模组或/单体电池及管控它们的管理系统等。
本发明的特点和有益效果为：本发明的有机阴极材料具有超高电子电导率，并且将本发明的有机阴极材料用于全固态电池中，全固态电池具有更佳的电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明中不同的溶剂的选择比较结果，其中，图1a是不同摩尔比的产品在1,3-二氧戊环和乙腈中的直流极化图，图1b是不同摩尔比的产品在1,3-二氧戊环和乙腈中的电子传导率；图1c不同摩尔比的产品在1,3-二氧戊环和乙腈中的充放电曲线；图1d是DOL(Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2)和ACN(Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2)的循环性能比较。
图2为本发明的有机阴极材料DOL(Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2)的测试结果，其中，图2a是本发明实施例和对比例的直流极化图，图2b是本发明实施例和对比例的电子电导率，图2c是本发明实施例与现有技术中其他文献的有机阴极材料的电子电导率对比，图2d是本发明实施例和对比例的XRD光谱，图2e是本发明实施例和对比例材料的IR光谱。
图3为本发明实施例和对比例的电性能测试结果，其中图3a是本发明实施例和对比例材的液体电池的速率性能，图3b是本发明实施例和对比例材的液体电池的充/放电曲线，图3c是本发明实施例和对比例材的液体电池的循环性能，图3d是本发明实施例和对比例材的液体电池的CV曲线。
图4为本发明实施例和对比例在固态电池中的电化学性能，其中，图4a是本发明实施例和对比例在固态电池中的首次充/放电曲线，图4b是本发明实施例和对比例在固态电池中的速率性能，图4c是本发明实施例在固态电池中的充/放电曲线。
图5为本发明实施例和对比例的循环性能和充电/放电图，其中图5a是本发明实施例和对比例在0.5C倍率下的循环性能，图5b是本发明实施例和对比例在1C倍率下的循环性能，图5c是本发明实施例和对比例在2C倍率下的循环性能，图5d是本发明实施例和对比例在在2C倍率下的充电/放电图。
具体实施方式
为了便于理解本发明一种超高电子电导率的有机阴极材料及其制备方法，下面将对本发明的一种超高电子电导率的有机阴极材料及其制备方法进行更全面的描述，给出了本发明的实施例，但并不因此而限制本发明的范围。
在本发明中Li4C8H2O6的合成方法包括：2,5-二羟基对苯二甲酸的四锂盐(Li4C8H2O6,Li4DHTPA)是由2,5-二羟基对苯二甲酸(DHTPA)与甲醇锂(MeOLi)反应制备的。原料DHTPA可在市场上购买。在一个典型的合成中，将2mL MeOLi基溶液(Aldrich，2.2M的甲醇)滴入含有198mg DHTPA(Aldrich)的15mL黄色甲醇溶液中。反应12小时后，用离心机收集所制备的固体(Li4C8H2O6-CH3OH)，用绝对甲醇反复振荡洗涤，然后在100℃的真空中干燥一夜(产率：98％)。最终的Li4C8H2O6是通过在220℃下加热Li4C8H2O6-CH3OH获得的。由于Li4DHTPA对空气和水分敏感，所有操作都在充满氩气的手套箱中进行，O2和H2O的浓度低于1.0ppm。本发明中的原材料Li4C8H2O6还可以市购。
实施例1：
DOL(Li4C8H2O6-TCNQ＝1:2)的合成：将Li4C8H2O6和TCNQ以1:2的摩尔比加入到1,3-二氧戊环中，搅拌两天后生成蓝色产物，然后通过干燥(干燥的时间为12h，干燥的温度为80℃)得到最终产物。TCNQ从aladdin购买。
实施例2：
DOL(Li4C8H2O6-TCNQ＝1:1)的合成：将Li4C8H2O6和TCNQ以1:1的摩尔比加入到1,3-二氧戊环中，搅拌两天后生成蓝色产物，然后通过干燥(干燥的时间为12h，干燥的温度为80℃)得到最终产物。TCNQ从aladdin购买。
实施例3：
DOL(Li4C8H2O6-TCNQ＝2:1)的合成：将Li4C8H2O6和TCNQ以2:1的摩尔比加入到1,3-二氧戊环中，搅拌两天后生成蓝色产物，然后通过干燥(干燥的时间为12h，干燥的温度为80℃)得到最终产物。TCNQ从aladdin购买。
对比例1：
ACN(Li4C8H2O6-TCNQ＝1:2)的合成：将Li4C8H2O6和TCNQ以1:2的摩尔比加入到乙腈中，搅拌两天后生成蓝色产物，然后通过干燥(干燥的时间为12h，干燥的温度为80℃)得到最终产物。TCNQ从aladdin购买。
对比例2：
ACN(Li4C8H2O6-TCNQ＝1:1)的合成：将Li4C8H2O6和TCNQ以1:1的摩尔比加入到乙腈中，搅拌两天后生成蓝色产物，然后通过干燥(干燥的时间为12h，干燥的温度为80℃)得到最终产物。TCNQ从aladdin购买。
对比例3：
ACN(Li4C8H2O6-TCNQ＝2:1)的合成：将Li4C8H2O6和TCNQ以2:1的摩尔比加入到乙腈中，搅拌两天后生成蓝色产物，然后通过干燥(干燥的时间为12h，干燥的温度为80℃)得到最终产物。TCNQ从aladdin购买。
对比例4：
材料Li4C8H2O6。
对比例5：
材料TCNQ。
我们还将不同的阴极材料制备成阴极，阴极的制备过程包括：有机阴极材料:Li6PS5Cl:CNTs(碳纳米管)为2:7:1。根据质量比称量各组分后，将它们在研钵中研磨20分钟，就得到了最终的复合阴极。
合成Li6PS5Cl：将2.14g Li2S(硫化锂)、2.07g五硫化磷(P2S5，99％，Aladdin)和0.79g氯化锂(LiCl，99％，Aladdin)按照摩尔比称重并装入装有90g ZrO2(二氧化锆)球的球磨罐中。球磨过程在400rpm下持续了24小时，然后在600rpm下持续了48小时。随后将得到的粉末在550℃下退火10小时，加热速度为5℃/分钟，并自然冷却到室温。上述所有的实验都是在Ar气氛下进行的。Li6PS5Cl还可以市购。
将获得复合阴极组装成电池：80mg的Li6PS5Cl粉末被冷压在一个内壁直径为10mm米的聚碳酸酯圆柱体中，在360Mpa下制造出一个固体电解质颗粒(SSE颗粒)。接下来，复合阴极被均匀地铺在SSE颗粒的一侧，并在873MPa下冷压1分钟。阴极的装载量为1mg/cm2。最后，薄的锂箔被压在SSE颗粒的另一面。在1.8-3.6V与Li+/Li之间，使用Land电池测试系统在55℃下进行不同电流密度的静电充电/放电测试。
我们还将获得电池进行了电性能的测试。
验证结果分析：
我们通过本发明的方法成功制备一种具有超高电子电导率的有机阴极材料，本发明的有机阴极中Li4C8H2O6材料是一个很好的电子供体，而TCNQ作为受体分子具有良好的缺电子特性，Li4C8H2O6和TCNQ形成电荷转移络合物，络合物中有密集的电子云，电子云在两个分子之间流动，有利于电子的自由移动。将本发明的有机阴极材料用于固态电池中，有利于有机阴极材料在高倍率下依然存在更好的利用率，从而获得更好的放电比容量。
在本发明中Li4C8H2O6和TCNQ的摩尔比对形成的有机阴极材料在高倍率下的稳定性具有重要的意义，合适的摩尔比能获得更高电子电导率，在此基础上，选择更为搭配的溶剂有利于有机阴极材料获得更高的放电比容量，溶剂一方面需要溶解Li4C8H2O6和TCNQ，并且促进Li4C8H2O6和TCNQ形成电荷转移络合物，另一方面，溶剂不能与形成的阴极有机材料结合。1,3-二氧戊环和乙腈(ACN)被用作Li4C8H2O6和TCNQ形成电荷转移络合物的溶剂，因为它们对这两种材料都很稳定且具有良好的溶解度。然后，在两种溶剂中分别以三种不同的摩尔比Li4C8H2O6:TCNQ＝2:1,1:1,1:2的比例形成电荷转移络合物。我们用溶剂的类型和两种材料的摩尔比来命名合成的电荷转移络合物，例如在1,3-二氧戊环溶剂(DOL)中，Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2的摩尔比下最终形成的电荷转移络合物被命名为DOL(Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2)。因此，我们在两种溶剂和三种摩尔比的基础上共合成了六种电荷转移络合物，如图1a所示(图1a中ACN和DOL分别代表使用的溶剂乙腈和1,3-二氧戊环溶剂，其中，A2B1中的A代表物质Li4C8H2O6，B代表物质TCNQ，A2B1中的数字代表摩尔比，具有为Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比为2:1，其他内容可以依次类推)。采用15000s直流极化法测试这六种材料的电子传导性，以获得稳定的电流，然后计算出这六种材料的电子传导性，如图1b所示。从图1a和图1b中发现在Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2的比例下，电荷转移络合物在两种溶剂中都获得了最高的电导率。高的电子电导率能够保证电子在电极中的传输通畅，因此相比于其他比例的复合材料，Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2的复合材料能够获得更好的倍率性能和更高的容量。我们进一步测试了这两种电荷转移络合物的充放电比容量，结果如图1c-图1d所示，可以看出，DOL(Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2)材料的放电比容量更高，ACN(Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2)电极在3.28V时分解，我们认为可能是因为ACN(Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2)结合了一些ACN分子，ACN在高电压下容易发生分解。我们进一步优选，Li4C8H2O6:TCNQ的摩尔比为1:2。
在上述工作的基础上，我们以DOL(Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2)材料为例进一步研究本发明有机阴极材料的性能。由Li4C8H2O6和TCNQ在1,3-二氧戊环溶剂中成功合成了电荷转移络合物DOL(Li4C8H2O6:TCNQ＝1:2)，其电子电导率为7×10-5S/cm，以下将其命名为Li4C8H2O6-TCNQ。还用直流极化法测量了Li4C8H2O6和TCNQ的电子电导率(如图2a所示)，其中Li4C8H2O6的电子电导率为1×10-7S/cm，TCNQ的电子电导率为5×10-8S/cm(如图2b所示)。这表明电荷转移络合物Li4C8H2O6-TCNQ的电子电导率与Li4C8H2O6和TCNQ相比提高了1000倍。从图2c可以看出，Li4C8H2O6-TCNQ的电子传导性也显著高于现有技术中常见的有机阴极材料，可见，本发明的有机阴极材料具有超高的电子电导率。我们认为本发明的电荷转移络合物的电子传导性增强是由于Li4C8H2O6和TCNQ之间通过π-π相互作用形成了增强的电子云，从而建立了电子传输通道，提高了材料的电导率。
为了验证Li4C8H2O6-TCNQ材料是一种电荷转移络合物，而不是Li4C8H2O6和TCNQ的混合物。我们对这三种材料进行了XRD图谱分析和红外光谱分析。从图2d的XRD图中，可以看出Li4C8H2O6-TCNQ的O峰位与Li4C8H2O6和TCNQ的峰位大致相同，但该峰在25°左右消失，16°左右出现一个新的峰，这证明了Li4C8H2O6-TCNQ保持了Li4C8H2O6和TCNQ的基本结构，同时产生了相互作用，产生了新的结构。图2e显示了三种材料的红外光谱。Li4C8H2O6-TCNQ的C≡N吸收峰(2204cm-1)与TCNQ的C≡N吸收峰(2222cm-1)相比，红移了18cm-1，这是由于Li4C8H2O6的O电子捐赠作用。在Li4C8H2O6-TCNQ中与C≡N相关的C-C吸收峰(1182cm-1)与TCNQ中相应的吸收峰(1125cm-1)相比，蓝移了57cm-1，因为Li4C8H2O6的O电子云流向TCNQ，削弱了C≡N对C-C的影响，使C-C的键能变强。同时，Li4C8H2O6-TCNQ的C-O吸收峰(1325cm-1)与Li4C8H2O6(1231cm-1)相比，蓝移了94cm-1。这都充分说明在Li4C8H2O6和TCNQ之间存在着电荷转移复合体Li4C8H2O6-TCNQ的O电子相互作用，电子云在Li4C8H2O6和TCNQ之间流动。
我们还将本发明实施例和对比较进行了电性能的测试，结果如图3所示。其中，图3a显示了Li4C8H2O6，TCNQ和电荷转移络合物Li4C8H2O6-TCNQ的倍率性能。可以看出，Li4C8H2O6-TCNQ电极的倍率性能明显提高，Li4C8H2O6-TCNQ复合材料在0.1C、0.5C、2C和10C时的容量分别为166.9mAh/g、150.1mAh/g、126.7mAh/g、107.9mAh/g(如图3a所示)。而Li4C8H2O6，TCNQ以及其他比例的电荷转移络合物Li4C8H2O6-TCNQ则由于电子电导率较低而表现出较低的容量。从图3b的充放电曲线可以看出，Li4C8H2O6-TCNQ、Li4C8H2O6和TCNQ电极均同时表现出的充放电平稳，但Li4C8H2O6-TCNQ放电容量比它们都高，这源于其电子传导性的提高。图3c显示了三种材料的循环性能，可以看出Li4C8H2O6-TCNQ在液体电池中具有更高的首次放电容量。图3d显示了三种材料的CV曲线，可以看出，Li4C8H2O6-TCNQ的四个峰值中的两个(2.85V，3.33V)与TCNQ的峰值很一致，另外两个峰值(2.5V，2.7V)源于Li4C8H2O6。与两种原始材料相比，Li4C8H2O6-TCNQ材料的氧化峰被转移到较低的电压，而还原峰则被转移到较高电压。电极极化的降低进一步证明了电荷转移络合物对电子导电性的增强。
我们接下来比较了本发明实施例和对比例在固态电池中的电化学性能。由于电子传导性的增加可能会导致硫化物电解质的分解，我们比较了Li4C8H2O6-TCNQ在Li6PS5Cl和Li3InCl6分别作为电解质时的充电和放电能力。可以从图4a中看出，以Li6PS5Cl为电解质的电池表现出192.2mAh/g的初始比容量，而以Li3InCl6为电解质的电池表现出206.8mAh/g的初始容量，高于Li6PS5Cl。此外，使用Li3InCl6的电极的第一库仑效率高达99.35％，而使用Li6PS5Cl的电极的第一库仑效率只有87.38％，表明Li3InCl6与本发明的有机阴极材料的界面稳定性更好。因此，我们将使用Li3InCl6作为电解质。图4b显示了三种材料的速率性能，可以看出Li4C8H2O6-TCNQ复合材料的速率性能优于两种原始材料。Li4C8H2O6-TCNQ复合材料在0.1C、0.5C、2C和10C的容量显示为203.5mAh/g、155.8mAh/g、127.7mAh/g和65.1mAh/g(图4b所示)，其充放电曲线如图4c所示。
此外，我们还探讨了三种电极材料在更高倍率下(0.5C、1C、2C)的循环稳定性。从图5a可以看出，Li4C8H2O6和TCNQ电极在0.5C时表现出的放电比容量分别为68.4mAh/g和115.8mAh/g。然而，Li4C8H2O6-TCNQ电极达到了172.1mAh/g的放电比容量，明显高于前两者，这是电子传导性升高带来的优势。在1C时，Li4C8H2O6，TCNQ和Li4C8H2O6-TCNQ电极分别表现出56.6mAh/g、89.3mAh/g和130.4mAh/g的放电比容量(图5b)。在2C条件下，Li4C8H2O6，TCNQ和Li4C8H2O6-TCNQ电极分别表现出46.8mAh/g、74.2mAh/g和121.7mAh/g的放电比容量(图5c)。在100个循环后，Li4C8H2O6-TCNQ在三种倍率下的放电比容量仍高于两种原始材料，可以发现Li4C8H2O6-TCNQ复合材料比两种原始材料表现出绝对优势。从图5d可以看出，在2C时，Li4C8H2O6-TCNQ的放电高原明显高于Li4C8H2O6和TCNQ。说明在高倍率的放电倍率下，本发明具有更为显著的电性能，高倍率下使的本发明的有机阴极材料具有更高的导电性；而对比例Li4C8H2O6和TCNQ表现出更为显著的电池极化现象。与借助于外在导电剂的方法相比，提高有机电极的内在电子传导性的方法更有应用前景。
综上所述，我们开发了一种电荷转移络合物，以改善Li4C8H2O6的内在电子传导性，并将其应用于固态电池，以克服其低电子传导性和在液体电解质中的溶解倾向。我们以1,3-二氧戊环(DOL)为溶剂，在室温下将Li4C8H2O6与TCNQ结合，获得了电荷转移络合物。在这里，Li4C8H2O6作为电子供体，TCNQ作为电子受体，两者的结合通过π-π相互作用形成一个增强的电子云，建立一个电子传输通道从而促进电子传输。电荷转移络合物Li4C8H2O6-TCNQ的电子电导率达到了7×10-5S/cm，与两种原始材料相比高出1000倍；在0.5C时，放电比容量增加到172mAh/g，提高了约2倍，并且在2C时达到了100的稳定循环。这一结果表明，电荷转移络合物为带有有机阴极的硫化物全固态锂金属电池的实际应用提供了新的发展机会。
需注意，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
图2c的参考文献：
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Claims (10)
1.一种超高电子电导率的有机阴极材料，其特征在于，所述有机阴极材料为Li4C8H2O6-TCNQ，所述Li4C8H2O6-TCNQ是原材料Li4C8H2O6与TCNQ形成的电荷转移络合物。
2.根据权利要求1中的一种超高电子电导率的有机阴极材料，其特征在于，所述有机阴极材料中Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比为(1-2):(1-2)；
进一步优选，所述有机阴极材料中Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比为1:2。
3.根据权利要求1中的一种超高电子电导率的有机阴极材料，其特征在于，所述有机阴极材料电子电导率的数量级不低于10-5。
4.根据权利要求1中的一种超高电子电导率的有机阴极材料，其特征在于，所述有机阴极材料以衍射角2θ表示的X射线粉末衍射图谱中，具有10.5°、15.1°、16.7°、21.3°、26.6°、27.8°、30.2°、32.2°、38.3°特征峰。
5.权利要求1-权利要求4任一项所述的有机阴极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括根据Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比分别称取Li4C8H2O6和TCNQ，然后加入溶剂中，搅拌，干燥获得本发明的有机阴极材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括1,3-二氧戊环；所述Li4C8H2O6与TCNQ的摩尔比为(1-2):(1-2)。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间为40h-55h；所述干燥的温度是70℃-90℃，所述干燥的时间为10h-14h。
8.一种阴极，其特征在于，所述阴极具有权利要求1-权利要求4任一项所述的有机阴极材料；
进一步优选，所述阴极还包括导电剂、硫化物固态电解质；
进一步优选，以质量计，所述有机阴极材料在阴极的质量占比在15％-25％；
进一步优选，所述导电剂包括石墨烯、导电炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、多臂碳管、科琴碳黑、多孔碳、碳布、石墨、硬碳、焦炭、软碳、乙炔黑、碳晶须、针状焦中的一种或多种；
进一步优选，所述硫化物固态电解质包括晶态硫化物固态电解质、微晶玻璃态硫化物固态电解质中的一种或多种；
进一步优选，所述晶态硫化物固态电解质包括硫银锗矿结构的硫化物、Thio-LiSICON结构的硫化物中的一种或多种；
进一步优选，所述硫银锗矿结构的硫化物包括Li6PS5Cl；
进一步优选，所述Thio-LiSICON结构的硫化物包括Li10GeP2S12、基于Li10GeP2S12进行元素掺杂后得到的硫化物固态电解质；
进一步优选，所述掺杂的元素包括Al，Si，Ga，Sn，N，O，Cl，Br，I中的一种或多种；
进一步优选，所述微晶玻璃态硫化物固态电解质包括基于Li2S-P2S5体系的硫化物、基于Li2S-P2S5体系的硫化物进行元素掺杂后得到的多元体系硫化物中的一种或多种。
9.一种全固态电池，其特征在于，所述全固态电池具有权利要求8所述的阴极；
进一步优选，所述全固态电池包括硫化物固态电池或卤化物固态电池。
10.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置具有权利要求8所述的阴极。
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