CN104638300A - 电池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学储能领域，具体公开了一种电池。本发明的电池包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入锂离子的正极活性物质；所述电解液包括溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述溶剂为水；所述电解质包括锂离子和第二金属离子；所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；所述正极活性材料包括通式为Li1+αM1-αO2的嵌锂材料；其中，0≤α<1，M为过渡金属元素、IIIA族金属元素、IV族金属元素或V族金属元素中的一种或一种以上。本发明所提供的电池，其负极在水中稳定性好。

Description

电池
技术领域
本发明属于化学储能领域，尤其涉及一种电池。
背景技术
人类对新能源的广泛运用，导致了二次电池市场的急速扩大。当前新能源体系中对二次电池的要求无处不在。无论是电动汽车、风能、太阳能并网还是电网调峰，都急需一种廉价、可靠、安全和寿命长的二次电池。目前所发展的二次电池主要集中在锂离子电池、高温钠硫电池、钠镍氯电池和钒液流电池。这些电池都具有各自的优点，比如锂离子电池和高温钠硫电池寿命长以及能量密度高，钒液流电池更是理论上具备无限的寿命等。但无论哪种电池，都无法同时满足廉价、可靠、安全和寿命长的要求。传统的锂离子电池过于昂贵，且有安全隐患；高温钠硫电池制造技术门槛高，售价昂贵；钒液流电池多项技术瓶颈目前都未能获得突破等。
为此很多研究者都致力于水系锂离子电池的研究，希望以此大幅降低锂离子电池的成本并提高安全性，并提出了一些以LiMn2O4为正极，钒的氧化物例如LiV3O8等为负极、水为电解液的电池，但因此类电池在水中充放电的稳定性差，从而限制了此类电池的发展。从而亟需一种在水溶液中稳定的电池。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题之一，从而提供了一种稳定性好的电池。
本发明的技术方案如下：
一种电池，其包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入锂离子的正极活性物质；所述电解液包括溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述溶剂为水；所述电解质包括锂离子和第二金属离子；所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；
所述正极活性材料包括通式为Li1+αM1-αO2的嵌锂材料；其中，0≤α<1，M为过渡金属元素、IIIA族金属元素、IV族金属元素或V族金属元素中的一种或一种以上。
优选地，所述嵌锂材料的比容量大于200mAh/g。
优选地，所述嵌锂材料为LiNijCokMn1-j-kO2，其中0<j<1，0≤k<1。
优选地，所述α的取值范围为0<α<1。
优选地，所述嵌锂材料的通式为γLi2M’O3·(1-γ)LiM”O2的层状-层状材料；其中，Li2M’O3选自Li2MnO3、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SnO3、Li2RuO3或Li2IrO3中的一种，LiM”O2选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiVO2、LiFeO2、LiMoO2、LiCrO2、或LiNimConMn1-m-nO2中的一种；0<γ<1，0<r<1，0<m<1，0≤n<1。
更加优选地，所述Li2M’O3为Li2MnO3，LiM”O2为LiNimConMn1-m-nO2，其中0.1≤γ≤0.9，0.1≤m≤0.9，0<n≤0.5。
优选地，所述正极活性材料还包括包覆层，所述包覆层包覆在所述嵌锂材料的表面，所述包覆层选自碳、Al、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5、ZnO、CeO2、SiO2、TiO2、MnO2、Al2O3、AlF3、AlPO4、Al(OH)3、Co3(PO4)2、或LiNbO3中的一种或几种。
更加优选地，所述包覆层包括内包覆层和外包覆层；所述内包覆层为AlPO4或Co3(PO4)2，所述外包覆层为Al2O3。
优选地，所述包覆层在正极活性材料中的质量占比范围为0.1-10wt%。
优选地，所述锂离子在电解液中的浓度为1-10mol/L，所述第二金属离子在电解液中的浓度为1-10mol/L。
优选地，所述第二金属为锰、铁、铜、锌、铬、镍、锡或铅。
优选地，所述负极包括第二金属以及用于负载第二金属的负极集流体。
优选地，所述电解液的pH为3-7。
本发明所提供的电池，其负极在水溶液中稳定性好。本发明的电池采用水溶液，相对有机系电解液，还具有不易挥发、不易燃、离子传导率高、价格低廉等优点。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种电池，其包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入锂离子的正极活性物质；所述电解液包括溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述溶剂为水；所述电解质包括锂离子和第二金属离子；所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；
所述正极活性材料包括通式为Li1+αM1-αO2的嵌锂材料；其中，0≤α<1，M为过渡金属元素、IIIA族金属元素、IV族金属元素或V族金属元素中的一种或一种以上。
本发明的电池反应原理为：（正极活性材料以LiZ表示，第二金属以A表示）
正极：LiZ-e-→Li++Z
负极：AZ++Z e-→A
充电时，正极活性物质脱出锂离子，同时伴随正极活性物质被氧化，并放出电子；电子经由外电路到达电池负极，同时电解液中的第二金属离子在负极上得到电子被还原，并沉积在负极上。放电时，沉积在负极上的第二金属被氧化，失去电子转变为第二金属离子进入电解液中；电子经外电路到达正极，正极活性物质接受电子被还原，同时锂离子嵌入正极活性物质中。
本发明的正极活性材料包括嵌锂材料，嵌锂材料为具有Li+脱嵌功能材料，其在充放电过程中能可逆的实现Li+嵌入和脱嵌。
本发明的嵌锂材料其通式为Li1+αM1-αO2；其中，0≤α<1，M为过渡金属元素、IIIA族金属元素、IV族金属元素或V族金属元素中的一种或一种以上。
当M为一种以上的金属元素时，即M选自MI、MII、MIII……Mi（Mi表示为第i种金属元素，i≥2）。此时，通式Li1+αM1-αO2也可以表达为Li1+α(MI,MII,MIII……Mi)1-αO2，也就是说，在嵌锂材料中所有的M的物质的量与Li、O的物质的量的比为（1-α）：（1+α）：2。例如M选自Mn和Ni，则通式Li1+αM1-αO2可以表示为Li1+α(Mn,Ni)1-αO2，在该富锂固溶体材料中Mn加Ni总的物质的量与Li、O的物质的量的比为（1-α）：（1+α）：2。
优选地，本发明的嵌锂材料比容量大于200mAh/g。这样可以进一步提高电池的容量。
本发明的一优选实施方式，当α=0时，本发明的嵌锂材料为LiMO2，M为多种金属元素的混合。例如Ni、Co、Al的混合、或者Ni、Co、Mn的混合。
优选地，本发明的嵌锂材料为二元或三元材料，其通式为LiNijCokMn1-j-kO2，其中0<j<1，0≤k<1。例如LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
LiNijCokMn1-j-kO2兼有Ni、Co、Mn三种元素的优点，其具有比容量高，循环性能好，且价格便宜，合成容易。
本发明的另一优选实施方式，当0<α<1时，本发明的嵌锂材料为富锂材料。富锂材料拥有新的电化学充放电机制，且具有较高的比容量以及良好的循环性能。
优选地，富锂材料中的M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、Al、Sn、Ru、或Ir中的一种或一种以上。例如Li1.27Co0.2Mn0.53O2、Li1.2Cr0.2Mn0.4O2、Li1.2Ni0.2Ti0.4O2、Li1.05Ni0.4Co0.15Mn0.4O2、Li1.1Ni0.2Co0.3Mn0.4O2、Li1.2Ni0.15Co0.1Mn0.55O2、Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2、Li1.2Ni0.16Co0.08Mn0.56O2等。
本发明的再一优选实施方式，本发明的嵌锂材料为富锂固溶体材料，具体地为γLi2M’O3·(1-γ)LiM”O2的层状-层状材料；其中，Li2M’O3可以选自Li2MnO3、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SnO3、Li2RuO3或Li2IrO3中的一种，LiM”O2可以选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiVO2、LiFeO2、LiMoO2、LiCrO2、或LiNimConMn1-m-nO2（二元或三元材料）中的一种；0<γ<1，0<r<1，0<m<1，0≤n<1。即γLi2M’O3·(1-γ)LiM”O2的层状-层状材料可以看作是层状的Li2M’O3和层状的LiM”O2相互溶解而形成的复合固溶体。
在电池充放电过程中，该富锂固溶体材料在低电位时主要表现为Li2M’O3的充放电特性，而在高电位时，LiM”O2中的Li+脱嵌反应，出现新的电化学平台，从而使该富锂固溶体材料的比容量远远大于现有水系电池中的各种正极活性材料。
根据实际情况，可以选自不同的Li2M’O3与不同的LiM”O2搭配组合。例如γLi2TiO3·(1-γ)LiCrO2、γLi2TiO3·(1-γ)LiCoO2、γLi2TiO3·(1-γ)LiFeO2、γLi2TiO3·(1-γ)LiNiO2、γLi2TiO3·(1-γ)LiVO2、γLi2IrO3·(1-γ)LiFeO2、γLi2SnO3·(1-γ)LiCoO2、γLi2RuO3·(1-γ)LiNiO2等等。但本发明并不限于上述搭配组合。
更加优选地，Li2M’O3选自Li2MnO3。即此时富锂固溶体材料为γLi2MnO3·(1-γ)LiM’O2。例如γLi2MnO3·(1-γ)LiNiO2、γLi2MnO3·(1-γ)LiCoO2、γLi2MnO3·(1-γ)LiCrO2、γLi2MnO3·(1-γ)LiFeO2、γLi2MnO3·(1-γ)LiNi0.5Mn0.5O2。根据实际情况可以选自如上组合，但并不限于如上组合。γ也可以根据实际情况进行调整，以使富锂固溶体材料的性能更佳。
进一步优选地，当Li2M’O3选自Li2MnO3，LiM”O2选自LiNimConMn1-m-nO2时，本发明的富锂固溶体材料的通式为γLi2MnO3·(1-γ)LiNimConMn1-m-nO2，其中0.1≤γ≤0.9，0.1≤m≤0.9，0<n≤0.5。例如0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.26Co0.26Mn0.48O2、0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.425Co0.175Mn0.4O2、0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.325Co0.325Mn0.35O2等等。
本发明可以根据实际情况，调整Li2MnO3和LiNimConMn1-m-nO2在富锂固溶体材料中的含量。优选地，γ的取值范围为0.3≤γ≤0.6，更优选γ=0.5。
在一优选实施方式下，m=n=1/3。此时富锂固溶体材料为γLi2MnO3·(1-γ)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，即层状Li2MnO3与层状三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM111）的复合固溶体。例如0.5Li2MnO3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
另一优选实施方式下，m=0.4，n=0.2。即富锂固溶体材料为γLi2MnO3·(1-γ)LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2，也即层状Li2MnO3与层状三元材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2（NCM424）的复合固溶体。例如0.6Li2MnO3·0.4LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
再一优选实施方式下，m=0.8，n=0.1。即富锂固溶体材料为γLi2MnO3·(1-γ)LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，也即层状Li2MnO3与层状三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)复合固溶体。例如0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。
本发明的富锂固溶体材料既可以商购，也可以自己制备。其制备方法可以采用共沉淀法、溶胶-凝胶法、固相法、燃烧法、或水热法等。
为了进一步优化正极活性材料的性能，本发明的正极活性材料还包括包覆层，该包覆层包覆在嵌锂材料的表面。
优选地，本发明的包覆层可以选自碳、Al、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5、ZnO、CeO2、SiO2、TiO2、MnO2、Al2O3、AlF3、AlPO4、Al(OH)3、Co3(PO4)2、或LiNbO3中的一种或几种。
本发明的正极活性材料可以根据嵌锂材料的特性选择不同的包覆层。例如在0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.425Co0.175Mn0.4O2的表面利用原子层沉积方法，包覆一层Al2O3，可大大降低该材料的首次不可逆容量，提高电池的循环性能，同时还可以抑制该材料的极化。
在本发明的一优选实施方式下，本发明的包覆可以为双层包覆，即包覆层包括内包覆层和外包覆层。双层包覆可以进一步改善嵌锂材料在电池循环中性能。
优选地，所述内包覆层为AlPO4或Co3(PO4)2，所述外包覆层为Al2O3。即先采用AlPO4或Co3(PO4)2包覆嵌锂材料，然后再在外表面采用Al2O3包覆。例如在0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.325Co0.325Mn0.35O2的表面，先包覆一层AlPO4，然后再包覆一层Al2O3。
当然本发明并不限于单层包覆和双层包覆，在某些情况下，还可以是大于两层的包覆。
本发明对于包覆层的厚度可以根据实际情况进行调节。优选地，本发明的正极活性材料的包覆层的厚度小于5nm。这样可以有效避免因包覆层过后而引起的锂离子在正极活性材料中迁移率降低的问题。
优选地，本发明的包覆层在正极活性材料中的质量占比范围为0.1-10wt%。这样既可以保证包覆层性能的有效发挥，又可以避免包覆层过厚造成的材料比容量下降的问题。
正极，还包括负载正极活性物质的正极集流体，正极集流体的材料选自碳基材料、金属或合金中的一种。
具体的，用于正极集流体的碳基材料选自玻璃碳、石墨、碳毡、碳纤维、或具有3D双连续结构的导电材料中的一种。其中，具有3D双连续结构的导电材料包括但不仅限于泡沫碳。
用于正极集流体的金属选自Al、Fe、Cu、Pb、Ti、Cr、Mo、Co、Ag或经过钝化处理的上述金属中的一种。
用于正极集流体的合金选自不锈钢、铝合金、Ni合金、Ti合金、Cu合金、Co合金、Ti-Pt合金、Pt-Rh合金或经过钝化处理的上述合金中的一种。具体的，不锈钢的型号可以是但不限于300系列的不锈钢，如不锈钢304、316、316L或316P。铝合金的型号可以是但不限于6000系列的铝合金，如铝合金6061。
正极集流体仅作为电子传导和收集的载体，不参与电化学反应，即在电池工作电压范围内，正极集流体能够稳定的存在于电解液中而基本不发生副反应，从而保证电池具有稳定的循环性能。
优选地，对正极集流体进行钝化处理，其的主要目的是，使正极集流体的表面形成一层钝化的氧化膜，从而在电池充放电过程中，能起到稳定的收集和传导电子的作用，而不会参与电池反应，保证电池性能稳定。正极集流体钝化处理方法包括化学钝化处理或电化学钝化处理。
化学钝化处理包括通过氧化剂氧化正极集流体，使正极集流体表面形成钝化膜。氧化剂选择的原则为氧化剂能使正极集流体表面形成一层钝化膜而不会溶解正极集流体。氧化剂选自但不仅限于浓硝酸或硫酸高铈(Ce(SO4)2)。
具体的，化学钝化处理步骤为：将正极集流体置入氧化剂溶液中，维持0.5～1小时，使正极集流体表面形成钝化膜，最后取出正极集流体清洗并干燥。
电化学钝化处理包括对正极集流体进行电化学氧化或对含有正极集流体的电池进行充放电处理，使正极集流体表面形成钝化膜。
在一优选实施方式下，直接对正极集流体进行电化学氧化，即在正极集流体用于电池组装前进行预钝化。具体的，以正极集流体作为工作电极，选择合适的对电极和参比电极组成三电极体系，对正极集流体进行氧化；施加电压为2.1～2.4V。正极集流体可以是金属，如金属铝；正极集流体也可以是合金，如不锈钢或铝合金。当然，也可以采用以正极集流体为工作电极的两电极体系，对正极集流体进行氧化，施加电压为2.1～2.4V。
在一优选实施方式下，也可以对含有正极集流体的电池进行充放电从而达到对正极集流体进行钝化的目的，充电时电压均充至2.1～2.4V，放电时电压均放至1.35～1.45V，充放电次数不小于1。
在具体的实施方式中，制备正极时，除了正极活性物质之外，根据实际情况，可能还需添加正极导电剂和正极粘结剂来提升正极的性能。
正极导电剂选自导电聚合物、活性碳、石墨烯、碳黑、石墨、碳纤维、金属纤维、金属粉末、以及金属薄片中的一种或多种。
正极粘结剂可以选自聚乙烯氧化物、聚丙烯氧化物、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酯、聚醚、氟化聚合物、聚二乙烯基聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸中的一种、或上述聚合物的混合物及衍生物。更优选地，正极粘结剂选自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或丁苯橡胶（SBR）。
正极的制备工艺优选为将正极活性材料、正极导电剂及正极粘结剂按一定比例在分散剂中搅拌混合均匀得到所需的正极浆料，然后将正极浆料涂敷在正极集流体上，经过干燥、压片处理即得正极。
本发明用于正极浆料的分散剂可以选自本领域内常规使用的分散剂，如可以选自N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二乙基甲酰胺（DEF）、二甲亚砜（DMSO）、四氢呋喃（THF）以及水和醇类中的一种或几种。分散剂的用量使所述正极浆料能够涂覆到所述集流体上即可。一般来说，分散剂的用量为使正极浆液中正极活性材料的浓度为40-90wt％，优选为50-85wt％。
电池的负极，发生电化学反应的物质为第二金属，第二金属能够氧化溶解为第二金属离子且第二金属离子能可逆还原沉积为第二金属。
优选地，第二金属为锰、铁、铜、锌、铬、镍、锡或铅。
负极根据其结构以及作用的不同，可以为以下三种不同的形式：
在第一优选实施方式中，负极仅包括负极集流体，负极集流体仅作为电子传导和收集的载体，不参与电化学反应。
负极集流体的材料选自金属Ni、Cu、Ag、Pb、Mn、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的上述金属中的至少一种，或者单质硅，或者碳基材料；其中，碳基材料包括石墨材料，比如商业化的石墨压制的箔，其中石墨所占的重量比例范围为90～100%。负极集流体的材料还可以选自不锈钢或经钝化处理的不锈钢。不锈钢包括但不仅限于不锈钢网和不锈钢箔，同样的，不锈钢的型号可以是300系列的不锈钢，如不锈钢304或者不锈钢316或者不锈钢316L。另外，负极集流体还可以选自含有析氢电位高的镀/涂层的金属，从而降低负极副反应的发生。镀/涂层选自含有C、Sn、In、Ag、Pb、Co的单质，合金，或者氧化物中至少一种。镀/涂层的厚度范围为1～1000nm。例如：在铜箔或石墨箔的负极集流体表面镀上锡、铅或银。
在第二优选实施方式中，负极包括第二金属以及用于负载第二金属的负极集流体。第二金属作为负极活性物质。
其中，负极集流体可以参考第一优选实施方式，在此不再赘述！
第二金属以片状或者粉末状存在。
当采用第二金属片作为负极活性物质时，第二金属片与负极集流体形成复合层。
当采用第二金属粉末作为负极活性物质时，将第二金属粉末制成浆料，然后将浆料涂覆在负极集流体上制成负极。
在具体的实施方式中，制备负极时，除了负极活性物质第二金属粉末之外，根据实际情况，还根据需要添加负极导电剂和负极粘结剂来提升负极的性能。
在第三优选实施方式中，直接采用第二金属片作为负极，第二金属片同时兼有负极活性物质的作用、以及电子传导和收集的作用。
其中，电解液中溶剂的目的是溶解电解质，并使电解质在溶剂中电离，最终在电解液中生成可自由移动的阳离子和阴离子。
其中，电解质中的第二金属离子，第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；即在充放电过程中在负极能够还原沉积为第二金属且第二金属能可逆氧化溶解。
优选地，第二金属离子选自锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子；更优选为锌离子。
电解质中阴离子，可以是基本不影响正负极反应、以及电解质在溶剂中的溶解的任何阴离子。例如可以是硫酸根离子、氯离子、硝酸根离子、醋酸根离子、甲酸根离子、磷酸根离子及其混合等。
在一优选实施方式下，电解质中阴离子包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子和硝酸根离子中的一种或几种。
电解液中各离子的浓度，可以根据不同电解质、溶剂、以及电池的应用领域等不同情况而进行改变调配。
优选地，在电解液中，锂离子的浓度为1～10mol/L。
优选地，在电解液中，第二金属离子的浓度为1～10mol/L。
为了使电池性能更加优化，电解液的pH值范围优选为3-7。
电解液pH过高，可能会影响电解液中第二金属离子的浓度；电解液pH过低，则会出现电极材料腐蚀和充放电过程中质子共嵌入等问题。而电解液的pH值范围为3-7，这样既可以有效保证电解液中第二金属离子的浓度，从而保证电池的容量以及倍率放电性能，还可以避免电极腐蚀和质子共嵌入的问题。
电池可以不含隔膜。当然，为了提供更好的安全性能，优选在电解液中位于正极与负极之间还设有隔膜。隔膜可以避免其他意外因素造成的正负极相连而造成的短路。
隔膜没有特殊要求，只要是允许电解液通过且电子绝缘的隔膜即可。有机系锂离子电池采用的各种隔膜，均可以适用于本发明。隔膜还可以是微孔陶瓷隔板等其他材料。
在一优选实施方式下，隔膜为将电解液分隔为正极电解液和负极电解液的隔膜。即将锂离子限制在正极电解液中，第二金属离子限制在负极电解液中，这样隔膜能阻止正负极电解液的相互污染，可选择更加适合正极或负极的电解液，但不影响离子电荷传递。例如采用阴离子交换膜、或者氢离子交换膜作为隔膜，位于正极电解液中锂离子不能通过隔膜，故而不能进入负极电解液，只能限制在正极电解液中；位于负极电解液中第二金属离子也不能通过隔膜，故而也不能进入正极电解液，只能限制在负极电解液中。但是电解液中阴离子或氢离子可以自由通过，故并不影响电解液中离子电荷传递。
本发明所提供的电池，其负极在水溶液中稳定性好。本发明的电池采用水溶液，相对有机系电解液，还具有不易挥发、不易燃、离子传导率高、价格低廉等优点。
以下结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述和说明。
实施例1
将正极活性材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2与正极导电剂乙炔黑，正极粘结剂PTFE（聚四氟乙烯）按质量比为60:30:10的比例混合后，涂覆于不锈钢板上，干燥并压实形成正极。
采用锌片为负极。
以醋酸锌和醋酸锂为电解质盐、水为溶剂，配置成Zn2+浓度为1mol/L、Li+浓度为3mol/L的电解液。
将正极、负极以及隔膜卷绕或层叠组装成电芯，装入壳体内，然后注入电解液，封口，组装成电池。
实施例2
将正极活性材料Li1.2Ni0.4Ti0.4O2与正极导电剂乙炔黑，正极粘结剂PTFE（聚四氟乙烯）按质量比为85:10:5的比例混合后，涂覆于不锈钢板上，干燥并压实形成正极。
采用锌片为负极。
以醋酸锌和醋酸锂为电解质盐、水为溶剂，配置成Zn2+浓度为2mol/L、Li+浓度为3mol/L的电解液。
将正极、负极以及隔膜卷绕或层叠组装成电芯，装入壳体内，然后注入电解液，封口，组装成电池。
实施例3
将正极活性材料0.05Li2TiO3·0.95LiNiO2与正极导电剂乙炔黑，正极粘结剂PTFE（聚四氟乙烯）按质量比为80:12:8的比例混合后，涂覆于不锈钢板上，干燥并压实形成正极。
采用锌片为负极。
以醋酸锌和醋酸锂为电解质盐、水为溶剂，配置成Zn2+浓度为2mol/L、Li+浓度为3mol/L的电解液。
将正极、负极以及隔膜卷绕或层叠组装成电芯，装入壳体内，然后注入电解液，封口，组装成电池。
实施例4
将正极活性材料0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.5Mn0.5O2与正极导电剂乙炔黑，正极粘结剂PTFE（聚四氟乙烯）按质量比为88:8:4的比例混合后，涂覆于不锈钢板上，干燥并压实形成正极。
采用镀锌铜箔为负极。
以硫酸锌和硫酸锂为电解质盐、水为溶剂，配置成Zn2+浓度为5mol/L、Li+浓度为1mol/L的电解液。
将正极、负极以及隔膜卷绕或层叠组装成电芯，装入壳体内，然后注入电解液，封口，组装成电池。
实施例5
将正极活性材料0.5Li2MnO3·0.5LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2与正极导电剂乙炔黑，正极粘结剂PTFE（聚四氟乙烯）按质量比为75:15:10的比例混合后，涂覆于不锈钢板上，干燥并压实形成正极。
采用锌合金片为负极。
以醋酸锌和醋酸锂为电解质盐、水为溶剂，配置成Zn2+浓度为4mol/L、Li+浓度为3mol/L的电解液。
将正极、负极以及隔膜卷绕或层叠组装成电芯，装入壳体内，然后注入电解液，封口，组装成电池。
实施例6
在0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.375Co0.25Mn0.375O2的表面包覆一层Co3(PO4)2，制成正极活性材料。
将正极活性材料与正极导电剂乙炔黑，正极粘结剂PTFE（聚四氟乙烯）按质量比为70:20:10的比例混合后，涂覆于不锈钢板上，干燥并压实形成正极。
采用镀锌铜箔为负极。
以硝酸锌和硝酸锂为电解质盐、水为溶剂，配置成Zn2+浓度为4mol/L、Li+浓度为3mol/L的电解液。
将正极、负极以及隔膜卷绕或层叠组装成电芯，装入壳体内，然后注入电解液，封口，组装成电池。
实施例7
在0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.325Co0.325Mn0.35O2的表面，先包覆一层AlPO4，然后再包覆一层Al2O3，制成正极活性材料。
将正极活性材料与正极导电剂乙炔黑，正极粘结剂PTFE（聚四氟乙烯）按质量比为65:20:15的比例混合后，涂覆于不锈钢板上，干燥并压实形成正极。
采用铂片为负极。
以硫酸锌和硫酸锂为电解质盐、水为溶剂，配置成Zn2+浓度为3mol/L、Li+浓度为3mol/L的电解液。
将正极、负极以及隔膜卷绕或层叠组装成电芯，装入壳体内，然后注入电解液，封口，组装成电池。
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、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入锂离子的正极活性物质；所述电解液包括溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述溶剂为水；所述电解质包括锂离子和第二金属离子；所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；
所述正极活性材料包括通式为Li1+αM1-αO2的嵌锂材料；其中，0≤α<1，M为过渡金属元素、IIIA族金属元素、IV族金属元素或V族金属元素中的一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述嵌锂材料的比容量大于200mAh/g。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述嵌锂材料为LiNijCokMn1-j-kO2，其中0<j<1，0≤k<1。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述α的取值范围为0<α<1。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述嵌锂材料的通式为γLi2M’O3·(1-γ)LiM”O2的层状-层状材料；其中，Li2M’O3选自Li2MnO3、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SnO3、Li2RuO3或Li2IrO3中的一种，LiM”O2选自LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiVO2、LiFeO2、LiMoO2、LiCrO2、或LiNimConMn1-m-nO2中的一种；0<γ<1，0<r<1，0<m<1，0≤n<1。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于：所述Li2M’O3为Li2MnO3，LiM”O2为LiNimConMn1-m-nO2，其中0.1≤γ≤0.9，0.1≤m≤0.9，0<n≤0.5。
7.根据权利要求1-6任一项所述的电池，其特征在于：所述正极活性材料还包括包覆层，所述包覆层包覆在所述嵌锂材料的表面，所述包覆层选自碳、Al、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5、ZnO、CeO2、SiO2、TiO2、MnO2、Al2O3、AlF3、AlPO4、Al(OH)3、Co3(PO4)2和LiNbO3中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于：所述包覆层包括内包覆层和外包覆层；所述内包覆层为AlPO4或Co3(PO4)2，所述外包覆层为Al2O3。
9.根据权利要求7所述的电池，其特征在于：所述包覆层在正极活性材料中的质量占比范围为0.1-10wt%。
10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述锂离子在电解液中的浓度为1-10mol/L，所述第二金属离子在电解液中的浓度为1-10mol/L。
11.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述第二金属为锰、铁、铜、锌、铬、镍、锡或铅。
12.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述负极包括第二金属以及用于负载第二金属的负极集流体。
13.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电解液的pH为3-7。
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