CN107293811A

CN107293811A - 电池

Info

Publication number: CN107293811A
Application number: CN201710381918.9A
Authority: CN
Inventors: 颜竞; 刘洋; 陈璞
Original assignee: Positec Power Tools Suzhou Co Ltd
Current assignee: Positec Power Tools Suzhou Co Ltd
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: WO2014032594A1; CN107093773B; CN107093773A; CN107293811B; CN103682476B; CN103682476A

Abstract

本发明揭示了一种电池，包括壳体，设置于壳体中的正极、负极、水系电解液和隔膜，所述电池包括n对所述正极和负极，n≥2，相邻的两个正极共用位于两个正极之间的负极，相邻的两个负极共用位于两个负极之间的正极，所述正极、负极交替的层叠排列于所述壳体中。本发明提供的电池具有良好的循环性能以及较高的能量，电池有望在大型储能、电网调峰等领域获得广泛的运用。

Description

电池

技术领域

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种电池。

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，但因此类负极在水中充放电的稳定性差以及钒具有一定的毒性，从而限制了此类电池的发展。截至目前，已经提出的水系锂离子二次电池的结构都未能摆脱基于锂离子脱出-嵌入原理的结构，比如已经有报道的VO₂/LiMn₂O₄，LiV₃O₈/LiNi_0.81Co_0.19O₂，TiP₂O₇/LiMn₂O₄，LiTi₂(PO₄)₃/LiMn₂O₄，LiV₃O₈/LiCoO₂等。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、低成本、安全可靠及循环寿命较长的电池。

本发明提供了一种电池，包括壳体，设置于所述壳体中的正极、两个负极、水系电解液和隔膜，所述正极包括复合集流体和正极活性物质，所述复合集流体包括正极集流体和包覆在所述正极集流体上的导电膜，所述复合集流体具有相对设置的第一面和第二面，所述正极活性物质设置在所述第一面和第二面上，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中；所述隔膜保持所述水系电解液；所述正极和负极层叠排布于所述壳体中，所述正极置于所述两个负极之间，所述两个负极共用所述正极，所述隔膜位于所述正极和负极之间。

本发明还提供了一种电池，包括壳体，设置于所述壳体中的两个正极、负极、水系电解液和隔膜，所述正极包括复合集流体和正极活性物质，所述复合集流体包括正极集流体和包覆在所述正极集流体上的导电膜，所述复合集流体具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面与所述负极相对，至少所述第一面上设置有所述正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中；所述隔膜保持所述水系电解液；所述正极和负极层叠排布于所述壳体中，所述负极置于所述两个正极之间，所述两个正极共用所述负极，所述隔膜位于所述正极和负极之间。

本发明还提供了一种电池，包括壳体，设置于所述壳体中的正极、负极、水系电解液和隔膜，所述正极包括复合集流体和正极活性物质，所述复合集流体包括正极集流体和包覆在所述正极集流体上的导电膜，所述复合集流体具有相对设置的两面，其中，至少所述复合集流体与所述负极相对的一面上设置有正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述电池包括n对所述正极和负极，n≥2，相邻的两个正极共用位于两个正极之间的负极，相邻的两个负极共用位于两个负极之间的正极；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中；所述隔膜保持所述水系电解液；所述正极、负极交替的层叠排列于所述壳体中，所述隔膜位于所述正极和负极之间。

本发明提供的电池可以很好的解决自放电问题，电池操作安全、制作方式简单、循环性能优良并且寿命长久，同时可以根据使用需求设置具有不同输出放电容量的电池，电池具有广泛的用途。

优选的，所述壳体为方形。

优选的，所述正极、隔膜和负极形成平板状。

优选的，所述正极、隔膜和负极卷绕成形。

优选的，所述壳体为圆柱筒形，所述正极、所述隔膜和所述负极以及所述壳体同轴排列。

优选的，所述正极、所述隔膜与所述负极通过卷绕形成圆柱形设置于所述壳体内。

优选的，所述导电膜的材料包括聚合物和导电填料。

优选的，所述聚合物选自聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚酰胺，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲醛，聚苯醚，聚砜，聚醚砜、丁苯橡胶或氟树脂中的至少一种。

优选的，所述导电填料选自导电聚合物、碳基材料或金属氧化物。

优选的，所述导电膜的材料选自导电聚合物。

优选的，所述壳体设置为铝塑膜。

优选的，所述壳体上设有补液口，所述补液口用于补充所述水系电解液。

优选的，所述电池还包括用于控制所述壳体内压力的安全阀。

优选的，所述正极活性物质具有尖晶石结构、层状结构或橄榄石结构。

优选的，所述正极集流体的材料选自玻璃碳、石墨箔、石墨片、碳布、碳毡、碳纤维中的一种，或Ni、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，或不锈钢、碳钢、Al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。

优选的，所述负极的材料选自金属Zn、Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的所述金属中的至少一种，或含有上述金属的合金中的至少一种，或石墨箔、石墨片、碳布、碳毡、碳纤维中的至少一种，或铜镀锡，或黄铜。

优选的，所述活性离子包括金属离子，金属选自Zn、Fe、Cr、Cu、Mn、Ni、Sn中的至少一种。

优选的，所述活性离子以盐酸盐、硫酸盐、醋酸盐、硝酸盐或甲酸盐中的至少一种形式存在于所述水系电解液中。

本发明还提供了一种电池，包括壳体，设于所述壳体内的正引出电极、至少一个双极性电极、负引出电极和水系电解液，所述正引出电极包括正极集流体和设置在所述正极集流体一面的正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述双极性电极设置在所述正引出电极和负引出电极之间，所述双极性电极包括双极性集流体和所述正极活性物质，所述双极性集流体有相对设置的第一面和第二面，所述正极活性物质设置在所述双极性集流体的第一面上；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述双极性集流体的第二面形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中；所述负引出电极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液设置在所述正引出电极和负引出电极之间；所述正引出电极、双极性电极和负引出电极层叠排布于所述壳体中。

本发明提供的一种电池操作安全、制作方式简单、循环性能优良并且寿命长久，同时可以根据使用需求设置具有不同输出电压的电池，电池具有广泛的用途。

优选的，所述壳体设置为方形。

优选的，所述正引出电极、所述双极性电极和所述负引出电极形成平板状。

优选的，所述电池还包括隔膜，所述隔膜保持所述水系电解液。

优选的，所述正极集流体上包覆有导电膜。

优选的，所述双极性集流体的外周部设置有用于密封所述水系电解液的密封部。

优选的，所述双极性集流体的材料包括导电塑料、不锈钢或经过钝化处理的不锈钢。

优选的，所述导电塑料的材料选自导电聚合物。

优选的，所述导电塑料的材料包括聚合物和导电剂。

优选的，所述壳体设置为铝塑膜。

优选的，所述壳体上设有补液口，所述补液口用于补充所述电解液。

优选的，所述负引出电极的材料选自金属Zn、Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的所述金属中的至少一种，或含有上述金属的合金中的至少一种，或石墨箔、石墨片、碳布、碳毡、碳纤维中的至少一种，或铜镀锡，或黄铜。

本发明还提供了一种电池，包括壳体，设于所述壳体内的正极、隔膜、负极和水系电解液，所述正极包括正极集流体和参与电化学反应的正极活性物质，所述正极活性物质包括能够可逆脱出-嵌入离子的化合物；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中；所述正极、所述隔膜和所述负极层叠排布于所述壳体中，所述隔膜位于所述正极和所述负极之间。

本发明提供的电池，电池结构简单、操作安全，生产成本低，具有可观的使用寿命，适合作为大型储能领域的储能体系以及铅酸电池的替代品。

优选的，所述壳体为方形。

优选的，所述正极、隔膜和负极形成平板状。

优选的，所述正极、隔膜和负极卷绕成形。

优选的，所述壳体为铝塑膜。

本发明还提供了电池，包括壳体，设于所述壳体内的正极、隔膜、负极和水系电解液，所述正极包括正极集流体和参与电化学反应的正极活性物质，所述正极活性物质包括能够可逆脱出-嵌入离子的化合物；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中；所述正极、所述隔膜和所述负极层叠排布于所述壳体中，所述隔膜位于所述正极和所述负极之间。

本发明提供的电池，具有能量密度高，安全无毒，环保，容易回收且成本低廉，本发明中的电池作为新一代的绿色能源，非常适合作为大型储能领域的储能体系以及铅酸电池的替代品。

优选的，所述壳体设置为圆柱筒形，所述正极、隔膜和所述负极以及所述壳体同轴排列。

优选的，所述正极、隔膜与负极通过卷绕形成圆柱形设置于所述壳体内。

优选的，所述负极和所述隔膜均为圆柱筒形，所述正极集流体为圆柱形，所述正极活性物质设置于所述隔膜与所述正极集流体之间。

优选的，所述电池还包括固定环，所述固定环固定所述正极集流体、所述隔膜、所述负极以及所述壳体；所述固定环的材质为聚氯乙烯，所述固定环为两个，分别设置于所述壳体的两端。

优选的，所述固定环包括上层环和下层环，所述上层环和所述下层环为一体成型，所述上层环固定所述正极集流体与所述隔膜，所述下层环固定所述隔膜与所述负极。

优选的，所述上层环的外径与所述负极的内径相同，所述上层环的内径与所述正极集流体的直径相同；所述下层环的外径与所述隔膜的内径相同，所述下层环的内径与所述正极集流体的直径相同。

优选的，所述壳体为铝塑膜。

附图说明

图1是实施方式一提供的电池整体结构的剖面示意图；

图2是图1中复合集流体的结构示意图；

图3是图1中电芯的结构示意图，其中，概略的示出了电池单元；

图4是实施方式二提供的电池整体结构的剖面示意图；

图5是实施方式二提供的电池整体结构的剖面示意图，其中，复合集流体相对设置的两面上均设置有正极活性物质；

图6是实施方式三提供的电池整体结构的剖面示意图，其中，电池包括两对正极和负极；

图7是实施方式三提供的电芯的剖面示意图，其中，位于最外层的正极复合集流体相对设置的两面上均设置有正极活性物质；

图8是实施方式三提供的电池整体结构的剖面示意图，其中，正极和负极的对数大于2；

图9是实施方式四提供的电池整体结构的剖面示意图；

图10是图9中双极性电极的结构示意图；

图11是图9中电池结构的示意图，其中，概略的示出了电池单元；

图12是实施方式四提供的电池的充电原理示意图；

图13是实施方式五提供的电池整体结构的剖面示意图；

图14是图13中电池结构示意图，其中，概略的示出了电池单元；

图15是实施方式六提供的电池整体结构的剖面示意图；

图16是实施方式七提供的电池整体结构的剖面示意图；

图17是实施方式八提供的电池的结构示意图；

图18是实施方式八提供的电池的结构示意图，隔膜以Z字型折叠；

图19是图18中电池的展开状态示意图；

图20是实施方式八提供的电池的结构示意图，其中，电池卷绕成形；

图21是实施方式九中电池的结构拆分示意图；

图22是图21中中电池中固定环的结构示意图；

图23为实施例1提供的电池充放电循环性能图。

其中：

1.电池 2，72.正极 4，74，160.负极

6，78.水系电解液 8.复合集流体 10，82.正极活性物质

12，80，152.正极集流体 14.导电膜 16，76，156.隔膜

20.电池单元 22，70.壳体 24，84.盖体

26，86.密封帽 28，88.安全阀 81.第一面

82.第二面 30，40，50.电池 100.电池

52.双极性电极 54.正引出电极 56.双极性集流体

61.第一面 62.第二面 58.负引出电极

60.密封部 64，68.电池单元 90.平面

110，120，130.电池 140，150.电池 92.弧形部

94.正极卷绕终止端 96.负极卷绕终止端 154.固定环

158.正极活性物质 162.上层环 164.下层环

具体实施方式

本发明提供的电池具有较高的能量密度，稳定的循环性能，在如手机、笔记本电脑等便携式电子产品，电动汽车，电动工具等领域具有可观的应用前景。

【具有内部并联结构的电池】

一种电池，电池具有内部并联结构。下面结合附图以及具体实施方式来阐述具有内部并联结构的电池。

实施方式一

请参阅图1所示，一种电池1，包括壳体22，设置于壳体22中的正极2、两个负极4、水系电解液6和隔膜16。正极2和负极4层叠排布于壳体中22，正极2置于两个负极4之间，两个负极4共用正极2，隔膜16位于正极2和负极4之间，隔膜16保持水系电解液6。

壳体22可设置为金属、塑料或金属与塑料的复合膜，如钢、铝、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、尼龙或铝塑膜等。优选的，壳体22设置为铝塑膜，从而使得壳体较薄，减少电池重量的同时，也增加了电池内部的空间。铝塑膜包括一层铝片和设置于铝片一侧的塑料片。优选的，铝塑膜包括一层铝片和设置于铝片两侧的第一层塑料片和第二层塑料片。

壳体22可以设置为方形。

具体的，按照负极4、隔膜16、正极2、隔膜16和负极4的次序层叠排布形成平板状，置于壳体22中，如图1所示。从而，电池1可设计为方形电池，如长方体或正方体。该电池结构简单、方便制造、成本简单。

另外，按照负极4、隔膜16、正极2、隔膜16和负极4的次序层叠排布形成平板状，然后卷绕成形，从而形成平板状电芯。优选的，正极2、隔膜16和负极4均设置为长条状。根据电池设计需要卷绕成不同的圈数。

壳体还可以设置为圆柱筒形(未图示)。

具体的，按照负极4、隔膜16、正极2、隔膜16和负极4的次序层叠排布形成平板状，然后通过卷绕形成圆柱形电芯设置于壳体内，正极2、隔膜16、负极4和壳体同轴排列。从而，电池可设计为圆柱形电池，电池结构简单，方便制造。

具体到实施方式一中，电池还包括与壳体22相连接的盖体24，正极2延伸穿出盖体24，正极2延伸穿出盖体24的端部设有密封帽26。密封帽26需要具有较好的导电性和化学稳定性。另外，密封帽26还可防止水系电解液从正极2穿出的孔蒸发，从而减少水系电解液6的消耗。正极2与外电路相连接。

负极4也延伸穿出盖体24，从而与外电路连接。同样，负极4延伸穿出盖体24的端部设有密封帽(未图示)。

另外，电池1在充电过程中，尤其是快接近充电后期时，由于水系电解液6的分解，会产生氢、氧气体，电池壳体内的压力也会上升，当压力上升到一定值，电池壳体22会发生变形。因此，电池1还包括用于控制壳体22内压力的安全阀28。当电池的壳体22内的压力到达预设的开阀压时，安全阀28打开，将压力释放，防止壳体22变形，从而提高了电池1的寿命和安全性。

另外，当壳体22内的压力到达预设的闭阀压时，安全阀28闭合，防止内部气体向外泄露。同时，也防止外部空气进入壳体22内造成不良影响。且还可以防止析出的氢气遇明火时产生回火，从而引爆壳体22内部气体。

壳体22上还可设置有用于补充水系电解液6的补液口(未图示)。这样，当水系电解液消耗时，可通过补液口注入电解液。

优选的，补液口为安装安全阀28处的安装孔(未图示)。

正极2设置在两个负极4之间，正极2与负极4之间设置有水系电解液6，正极2包括复合集流体8和正极活性物质10，复合集流体8具有相对设置的第一面81和第二面82，正极活性物质10设置在第一面81和第二面82上，如图2所示。

正极2的制作方式没有特别限制，正极活性物质10可以是通过涂覆的方式附着于复合集流体8上，例如将正极活性物质10制成浆料，然后通过拉浆法涂覆在复合集流体8上；还可以通过层叠的方式将正极活性物质10附着于复合集流体8上，例如将按预定大小成型的复合集流体8和正极活性物质10进行压制，使正极活性物质10与复合集流体8之间电接触良好，形成正极2。正极活性物质10的涂覆密度范围为100-1000g/m²。

具体的，正极活性物质10具有尖晶石结构、层状结构或橄榄石结构。

具体的，正极活性物质10能够可逆脱出-嵌入锂离子、钠离子或镁离子。

正极活性物质10可以是符合通式Li_1+xMn_yM_zO_k的能够可逆脱出-嵌入锂离子的尖晶石结构的化合物，其中，-1≤x≤0.5，1≤y≤2.5，0≤z≤0.5，3≤k≤6，M选自Na、Li、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si、Al、Ni中的至少一种。优选的，正极活性物质含有LiMn₂O₄。更优选的，正极活性物质含有经过掺杂或包覆改性的LiMn₂O₄。

正极活性物质10可以是符合通式Li_1+xM_yM′_zM″_cO_2+n的能够可逆脱出-嵌入锂离子的层状结构的化合物，其中，-1<x≤0.5，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤c≤1，-0.2≤n≤0.2，M，M′，M″分别选自Ni、Mn、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si或Al的中至少一种。优选的，正极活性物质含有LiCoO₂。

正极活性物质10可以是符合通式Li_xM_1-yM′_y(XO₄)_n的能够可逆脱出-嵌入锂离子的橄榄石结构的化合物，其中，0<x≤2，0≤y≤0.6，1≤n≤1.5，M选自Fe、Mn、V或Co，M′选自Mg、Ti、Cr、V或Al的中至少一种，X选自S、P或Si中的至少一种。优选的，正极活性物质含有LiFePO₄。

目前锂电池工业中，几乎所有正极活性物质都会经过掺杂、包覆等改性处理。但掺杂，包覆改性等手段造成材料的化学通式表达复杂，如LiMn₂O₄已经不能够代表目前广泛使用的“锰酸锂”的通式，而应该以通式Li_1+xMn_yM_zO_k为准，广泛地包括经过各种改性的LiMn₂O₄正极活性物质。同样的，LiFePO₄以及LiCoO₂也应该广泛地理解为包括经过各种掺杂、包覆等改性的，通式分别符合Li_xM_1-yM′_y(XO₄)_n和Li_1+xM_yM′_zM″_cO_2+n的正极活性物质。

正极活性物质10为锂离子脱出-嵌入化合物时，可以选用如LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiCoO₂、LiM_xPO₄、LiM_xSiO_y(其中M为一种变价金属)等化合物。

此外，可脱出-嵌入钠离子的化合物NaVPO₄F，可脱出-嵌入镁离子的化合物MgM_xO_y(其中M为一种金属，0.5<x<3，2<y<6)以及具有类似功能，能够脱出-嵌入离子或官能团的化合物都可以作为本发明电池的正极活性物质，因此，本发明并不局限于锂离子电池。

在具体的实施方式中，在制备正极时，还会在正极浆料中添加粘结剂，粘结剂有利于使正极活性物质10均匀的粘结在一起。粘结剂在正极浆料中固含量的重量百分比范围为0.5-10％。具体的，粘结剂选自但不仅限于聚合物，聚合物选自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)、羧甲基纤维素钠衍生物(CMC derivation)、丁苯橡胶(SBR)、丁苯橡胶衍生物(SBR derivation)中的至少一种。丁苯橡胶衍生物如通过化学修饰获得的具有亲水性的丁苯橡胶(PSBR100)。

在具体的实施方式中，在制备正极时，还会在正极浆料中添加导电剂，导电剂主要起到提高正极活性物质10的导电子能力，导电剂在正极浆料中固含量的重量百分比范围为0.5-30％。导电剂包括选自导电聚合物、碳纳米管、活性碳、石墨烯、碳黑、石墨、碳纤维、导电陶瓷中的至少一种。碳黑包括但不仅限于乙炔黑、科琴碳黑(Ketjen black，KB)以及super-p碳黑。导电剂还可以包括金属氧化物。金属氧化物包括但不仅限于氧化铅和氧化锡。

图2为复合集流体8的概略示意图，复合集流体8包括正极集流体12和包覆在正极集流体12上的导电膜14。

包覆在正极集流体12上的导电膜14必须满足在水系电解液中可以稳定存在、不溶于电解液、不发生溶胀、高电压不能被氧化、易于加工成致密、不透水并且导电的膜。一方面，导电膜对正极集流体可以起到保护作用，避免水系电解液对正极集流体的腐蚀。另一方面，有利于降低正极活性物质与正极集流体之间的接触内阻，提高电池的能量。

为了有效的发挥导电膜14的作用，导电膜14的厚度需要有效的控制。导电膜14厚度太薄容易破损，厚度均一性也不好，并且水系电解液6容易穿透；导电膜14太厚则影响导电能力。优选的，导电膜14的厚度为10μm-2mm，导电膜14不仅能够有效的起到保护正极集流体12的作用，而且有利于降低正极活性物质10与正极集流体12之间的接触内阻。

正极集流体12具有相对设置的第一面和第二面，优选的，正极集流体12的第一面和第二面均包覆有导电膜14。

导电膜14可以通过粘结剂粘接、热压复合或抽真空的方法包覆在正极集流体12上，示例的，将正极集流体12置于两片导电膜14之间，通过加热复合，使导电膜14包覆正极集流体12，并保证导电膜14比正极集流体12多出的部分密封完好。

导电膜14包含作为必要组分的聚合物，聚合物占导电膜的重量比重为50-95％，优选的，聚合物选自热塑性聚合物。为了使导电膜能够导电，有两种可行的形式：(1)聚合物为导电聚合物；(2)导电膜还包含导电填料。

导电聚合物选材要求为具有导电性能但电化学惰性，即不会作为电荷转移介质的离子导电。具体的，导电聚合物包括但不仅限于聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚、聚苯胺、聚丙烯腈、聚喹啉、聚对苯撑(polyparaphenylene)及其任意混合物。导电聚合物本身就具有导电性，但还可以对导电聚合物进行掺杂或改性以进一步提高其导电能力。从导电性能和电池中的稳定使用考量，导电聚合物优选聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚乙炔。

同样的，导电填料的选材要求为表面积小、难于氧化、结晶度高、具有导电性但电化学惰性，即不会作为电荷转移介质的离子导电。

导电填料的材料包括但不仅限于导电聚合物、碳基材料或金属氧化物。导电填料在导电膜中的质量百分比范围为5-50％。导电填料的平均粒径并没有特别限定，通常范围在100nm到100μm。

优选的，导电填料为碳基材料，碳基材料的形态或机械性能没有特别要求，示例的，碳基材料选自石墨、碳纳米管或无定形碳中的一种。无定形碳包括但不仅限于活性炭和碳黑。碳基材料优选碳黑和石墨，其具有大电位窗口，从而对较宽范围的正负极电势稳定并具有高的导电性。金属氧化物包括但不仅限于氧化铅、氧化锡。

当导电膜中包含导电填料时，导电膜中的聚合物优选包含起到结合导电填料作用的非导电聚合物，非导电聚合物增强了导电填料的结合，改善了电池的可靠性。优选的，非导电聚合物为热塑性聚合物。

具体的，热塑性聚合物包括但不仅限于聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯，聚丁烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚酰胺，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲醛，聚苯醚，聚砜，聚醚砜、丁苯橡胶或聚偏氟乙烯中的一种或多种。其中，优选为聚烯烃、聚酰胺和聚偏氟乙烯。这些聚合物容易通过热而熔化，因此容易与正极集流体和正极片复合在一起。此外，这些聚合物具有大电位窗口，从而使正极稳定并为电池输出密度节省重量。

具体的，可以通过制备含有热塑性聚合物的浆料并涂布和固化浆料来形成导电膜。当然，导电填料可以额外的包含于浆料中，具体的，将聚合物和导电填料以一定的复合方式如分散复合、层级复合进行加工获得具有导电性能的导电膜。优选的，将聚合物单体和导电填料混合，由于聚合物单体为小分子，导电填料能够很好的分散在聚合物单体中，然后在引发剂的作用下使聚合物单体发生聚合，制备导电膜。

正极集流体12主要是作为电子传导和收集的载体，不参与电化学反应，即在电池1工作电压范围内，正极集流体12能够稳定的存在于水系电解液6中，从而保证电池1具有稳定的循环性能。正极集流体12需要满足表面积大、机械性能好、导电性能好等要求。正极集流体12的材料包括碳基材料、金属或合金中的一种。

碳基材料选自玻璃碳、石墨箔、石墨片、泡沫碳、碳毡、碳布、碳纤维中的一种。在具体的实施方式中，正极集流体为石墨，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％。

金属包括Ni、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。在具体的实施方式中，正极集流体12为泡沫镍。含有泡沫镍的复合集流体，在水系电解液6中不易被腐蚀，从而使得含有这种复合集流体8的正极2性能更加稳定。

将金属进行钝化处理的主要目的是使金属的表面形成一层钝化膜，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，而不会参与正极反应，保证电池性能。

合金包括不锈钢、碳钢、Al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金属中的一种。

不锈钢包括不锈钢网、不锈钢箔，不锈钢的型号包括但不仅限于不锈钢304或者不锈钢316或者不锈钢316L中的一种。

同样的，将不锈钢进行钝化处理也是使其能够稳定的起到收集和传导电子的作用，而不会参与电极反应，保证电池性能。在具体实施方式中，钝化不锈钢的具体过程为：在50℃下，将不锈钢置入20％的硝酸中半小时，使不锈钢表面形成一层钝化膜。钝化后的不锈钢作为集流体使用。

正极集流体12的厚度对正极2的电化学性能有一定影响，正极集流体12的厚度太薄，会影响正极集流体12的机械强度；正极集流体12的厚度太厚，会增加正极2的重量，从而影响正极2的能量密度，在本发明中，为了使电池具有高的能量密度输出，优选的，正极集流体12的厚度为10μm-100μm。

优选的，在使用正极集流体12之前，正极集流体12经过钝化、冲孔、打磨或弱酸腐蚀处理，经过处理的正极集流体12具有较大的比表面积，有利于提高正极集流体12和导电膜14的复合程度，从而降低正极活性物质10和复合集流体8之间的接触内阻。

在本发明中，正极2采用复合集流体8，即在正极集流体12的表面包覆导电膜14，导电膜14采用具有优异导电性能的聚合物或复合聚合物，一方面，导电膜14能够进一步提高正极集流体12的导电子能力，从而提高电池大倍率性能；另一方面，包覆在正极集流体12上的导电膜14，避免了正极集流体12与水系电解液6直接接触，解决了水系电解液6对正极集流体12潜在的腐蚀问题，保证正极集流体12的稳定性，解决电池1可能的自放电问题，从而使电池1具有稳定的循环性能。

负极4选自金属、合金或碳基材料，负极集流体的厚度范围为20至500μm。

具体的，负极4选自金属Zn、Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的金属中的至少一种，或含有上述金属的合金中的至少一种，或石墨箔、石墨片、碳布、碳毡、碳纤维中的至少一种，或铜镀锡，或黄铜。

在一个负极4的实施方式中，负极4仅包括负极集流体，负极集流体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但不仅限于金属Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的上述金属中的至少一种，或者碳基材料，或者不锈钢。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％。不锈钢材料包括但不仅限于不锈钢304或者不锈钢316或者不锈钢316L。

负极4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、Zn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：在铜的负极集流体表面镀上铅或银，或者以涂覆的形式覆盖一层碳。

在另一个负极4的实施方式中，负极4仅包括负极集流体，但是负极集流体的选材与电解液中活性离子的对应，即负极集流体的材料为活性离子的单质，如电解液中活性离子为Zn²⁺，负极4对应为金属Zn。此时，负极4不仅是作为活性离子的沉积载体，同时也可以参与电池反应。

在另一个负极4的实施方式中，负极4包括负极集流体和负极活性物质，负极活性物质的选材与电解液中活性离子的对应，即负极活性物质的材料为活性离子的单质，如电解液中活性离子为Zn²⁺，负极活性物质对应为金属Zn。示例的，负极4包括黄铜箔和锌箔，黄铜箔作为负极集流体，锌箔对应负极活性物质，可参与负极4反应。

水系电解液6包括电解质，电解质至少能够电离出活性离子，活性离子在充电时被还原沉积在负极4形成负极活性物质(未图示)，负极活性物质在放电时被氧化溶解在水系电解液6中。

活性离子包括金属离子，金属选自Zn、Fe、Cr、Cu、Mn、Ni、Sn中的至少一种。在优选的实施方式中，活性离子为Zn²⁺。活性离子的浓度范围为0.5-15mol/L。

更优选的，水系电解液6中还包括一种电解质，这种电解质可以电离出对应在正极能够发生可逆脱出-嵌入的离子。

水系电解液6中含有能够可逆脱出-嵌入的离子，从而可以提高正极活性物质10与水系电解液6中离子交换速度。具体的，正极活性物质10为能够可逆脱出-嵌入锂离子的化合物，电解质中对应的还包括能够电离出锂离子的锂盐。可逆脱出-嵌入的离子包括锂离子或钠离子或镁离子，可逆脱出-嵌入的离子在水系电解液中的浓度范围为0.1-10mol/L。

活性离子以盐酸盐、硫酸盐、醋酸盐、硝酸盐或甲酸盐中的至少一种形式存在于水系电解液中。

为了保证电池容量，水系电解液6中的活性离子的浓度必须达到一定范围，当水系电解液过碱时，会影响电解液中活性离子的溶解度；当水系电解液过酸时，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，因此，水系电解液的pH值范围为3-7。

隔膜16设置在正极2与负极4之间，一方面，隔膜16防止电池1短路；另一方面，隔膜16可以保持水系电解液6，具体的，将负极4、隔膜16、正极2、隔膜16和负极4层叠排列好后，将其置于壳体22，注入一定量的水系电解液6后封装，隔膜16浸泡在水系电解液6中，即隔膜16中吸收了水系电解液6，保证了正极2和负极4之间的离子传导路径；除此之外，也可以先将隔膜16浸泡在水系电解液6中，然后再将吸收了水系电解液6的隔膜16放置在正极2和负极4之间。

隔膜16可以使用多孔隔膜、无纺织布或玻璃纤维。多孔隔膜包括但不仅限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)，聚酰亚胺中的一种，或PE-PP、PP-PE-PP的叠层隔膜。无纺织布包括但不仅限于人造丝、醋酸纤维、尼龙。水系电解液在隔膜中的含浸量可以在隔膜的保持能力范围内，也可以超过保持范围，因为电池1设置有壳体，可以防止水系电解液6泄漏。

请参阅图1和图3所示，正极2层叠地设置在负极4之间，负极4共用正极2，电子从正极集流体12和负极4导出或导入，电池1相当于2个电池单元20内部并联，在每个电池单元20中都有正极2、负极4、水系电解液6和隔膜16，隔膜16保持水系电解液6。在本发明提供的电池结构中，由于电池单元20之间是并联的，水系电解液6可以在任意电池单元20中穿梭而不会造成电池单元20短路，电池1能够正常、稳定的工作。

本发明提供的电池的充放电原理为：在一个电池单元20中，充电时，能够可逆脱出-嵌入离子的正极活性物质10中脱出该离子，同时水系电解液6中的活性离子在负极4得到电子被还原，并沉积在负极4上，形成负极活性物质。放电过程则为充电的逆过程。

本发明中，正极2采用复合集流体8，包覆在正极集流体12上的导电膜14相当于保护膜，可以有效的防止水系电解液6对正极集流体12的腐蚀，改善电池1自放电的影响。除此之外，相对于现有技术中以独立电池单元并联构成的电池，本发明中巧妙的仅采用一个正极2构成具有并联结构的电池1，两个负极4共用一个正极2，充分的利用了复合集流体8的第一面81和第二面82，并在第一面81和第二面82上同时设置正极活性物质10，不仅节约了正极材料，而且使电池1结构更加紧凑，减轻了电池1的重量，因此本发明中的电池1具有优异的能量密度和功率密度。除此之外，本发明中的电池1采用水系电解液6，相对于目前商业化的采用有机系电解液的锂离子电池更加安全、环保。

本发明中的电池制备工艺简单，可以通过层叠的方式制备电池，具体的，负极、浸有水系电解液的隔膜、正极和负极依次层叠排布置于壳体中，然后对其进行封装即可。电池1相当于2个电池单元20并联形成，电池单元20与电池单元20之间不用特别设置密封部件，具有这种内部并联结构的电池1能够正常、稳定的工作，具有优异的充放电性能，并且电池1能够输出更高的容量，电池1应用广泛。

实施方式二

请参阅图4所示，实施方式二提供了一种电池30，包括壳体22，设置于壳体22中的两个正极2、负极4、水系电解液6和隔膜。正极2和负极4层叠排布于壳体22中，负极4设置在两个正极2之间，两个正极2共用负极4，负极4与正极2之间设置有隔膜，隔膜保持水系电解液。

正极2包括复合集流体8和正极活性物质10，复合集流体8包括正极集流体12和包覆在正极集流体上的导电膜14。复合集流体8具有相对设置的第一面81和第二面82，第一面81与负极4相对，正极活性物质10至少设置在第一面81上，当然，没有特别限定的，正极活性物质10也可以同时设置在第二面82上，如图5所示。负极4选自金属、合金或碳基材料；水系电解液包括电解质，电解质至少能够电离出活性离子，活性离子在充电时被还原沉积在负极4形成负极活性物质(未图示)，负极活性物质在放电时被氧化溶解在水系电解液6中。

正极活性物质10、复合集流体8、负极和水系电解液6在实施方式一中已经介绍，这里就不再重复。

同样的，导电膜14一方面可以进一步提高正极集流体12的导电能力，另一面导电膜14主要隔绝正极集流体12与水系电解液6的接触，从而避免水系电解液6对正极集流体12的腐蚀，保证正极集流体12的稳定性。

壳体22可以设置成方形或圆柱筒形，对应的，电池30可设计为方形电池或圆柱形电池。

具体的，正极2、隔膜16、负极4、隔膜16和正极2层叠排布形成平板状，置于壳体22中，如图4所示。从而，电池30可设计为方形电池，如长方体或正方体。该电池结构简单、方便制造、成本简单。

另外，正极2、隔膜16、负极4、隔膜16和正极2层叠排布形成平板状，然后卷绕成形，从而形成平板状电芯。优选的，正极2、隔膜16和负极4均设置为长条状。根据电池设计需要卷绕成不同的圈数。

壳体22还可以设置为圆柱筒形。

具体的，正极2、隔膜16、负极4、隔膜16和正极2层叠排布形成平板状，然后通过卷绕形成圆柱形电芯设置于壳体22内，正极2、隔膜16、负极4和壳体22同轴排列。从而，电池可设计为圆柱形电池，电池结构简单，方便制造。

实施方式二中电池30其余构成同实施方式一，这里不再一一赘述。

实施方式一、二中的电池都是相当于两个电池单元并联，区别是，实施方式一中的电池1是两个负极4共用一个正极2，而实施方式二中的电池30是两个正极2共用一个负极4，因此，本发明提供的电池具有灵活的选择，在实际制造电池时，可以结合制作工艺、正负极的重量、材料成本等因素，选择制作如实施方式一或二中所示结构的电池，使最终获得的电池更具有成本和性能优势。

本发明中的电池，正极采用复合集流体，即采用具有导电膜包覆的正极集流体，导电膜作为正极集流体的保护膜，防止水系电解液对正极集流体的腐蚀，改善了电池潜在的自放电问题，电池具有稳定的循环性能。电池具有内部并联结构，相比于现有技术中的并联结构电池，本发明中的电池更加节省材料并且结构紧凑、轻便，使得本发明中的电池在能量密度和体积上具有明显的优势；其次，电池采用水系电解液，水系电解液具有相对更高的离子传导率，改善了电池的倍率性能；电池使用安全、环保并且制作工艺简单，在制备过程中，可以根据使用需求制备具有不同输出容量的电池，电池用途广泛，具有产业化应用前景。

实施方式三

请参阅图6所示，一种电池40，包括壳体22，设置于壳体22中的正极2、负极4、水系电解液6和隔膜。

电池包括n对正极2和负极4，n≥2，正极2、负极4交替设置，相邻的两个正极2共用位于两个正极2之间的负极4，相邻的两个负极4共用位于两个负极4之间的正极2。具体到图6中，电池300包括两对正极2和负极4，相邻的两个正极2共用位于两个正极2之间的负极4，相邻的两个负极4共用位于两个负极4之间的正极2。

正极2包括复合集流体8和正极活性物质10，复合集流体8包括正极集流体12和包覆在正极集流体12上的导电膜14，复合集流体8具有相对设置的两面，其中，至少复合集流体8与负极4相对的一面上设置有正极活性物质10，正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子。

具体的，请参阅图6所示，正极复合集流体8具有相对设置的两面，当正极2位于两个负极4之间时，复合集流体8相对设置的两面均与负极4相对，因此复合集流体8相对设置的两面上均需设置正极活性物质10；而对于位于最外层的正极2，复合集流体8仅有一面与负极4相对，因此至少复合集流体8与负极4相对的一面上设置正极活性物质10，复合集流体8与负极4相背的一面没有特别限定，可以根据实际制作工艺选择性的设置正极活性物质，图7中概略的示出了位于最外层正极中，与负极相背的复合集流体的一面上也设置有正极活性物质10。

负极4选自金属、合金或碳基材料；水系电解液包括电解质，电解质至少能够电离出活性离子，活性离子在充电时被还原沉积在负极4形成负极活性物质(未图示)，负极活性物质在放电时被氧化溶解在水系电解液6中。实施方式三中正极的选材以及制作方法，负极和水系电解液同实施方式一，这里不再重复介绍。

图6中示出的电池40含有两对正极和负极，相当于3个电池单元(未示出)并联，但是在实际制作电池时，本发明提供的电池结构可以容易的根据使用需求来增加正极、或负极、或正极和负极，例如在电池40最外层的正极处叠加负极、或依次叠加负极和正极，或者在电池40最外层的负极处叠加正极、或依次叠加正极和负极，叠加的正极和负极交替排列。正极和负极的个数根据使用需求确定，如图8所示，虽然电池50总的输出电压没变，但是电池50具有更高的容量，电池结构灵活，用途广泛，具有产业化应用前景。

在含有中性水系电解液的电池体系中，很难找到同时满足既有一定机械性能、优良的导电性能，又能在中性水系电解液中稳定存在的正极集流体，因此水系电池的商业化进程一直停滞不前。本发明提供的电池正好能够解决这一问题，电池的正极采用复合集流体，复合集流体采用导电膜包覆的正极集流体，导电膜一方面可以提高正极集流体的导电性能，更重要的是对正极集流体起到保护作用，隔绝中性水系电解液对正极集流体的腐蚀，使正极集流体在放电过程中可以稳定的收集并导出电子，从而保证电池具有稳定的循环性能，本发明提供的电池具有很好的商业化前景。

【双极性电池】

本发明还提供了一种电池，具体的，电池为水系双极性电池。下面通过具体的实施方式来介绍水系双极性电池。

实施方式四

请参阅图9和图10所示，一种电池100，包括壳体(未图示)，设于壳体内的正引出电极54、至少一个双极性电极52、负引出电极58和水系电解液6。正引出电极54、双极性电极52和负引出电极58层叠排布于壳体内，正引出电极54和负引出电极58分别位于最上层和最下层，双极性电极52和水系电解液6设置在正引出电极54和负引出电极58之间。具体到图9中，电池100包括两个双极性电极52。

壳体可以设置为方形。具体的，正引出电极54、双极性电极52和负引出电极58层叠排布形成平板状，置于壳体中。从而，电池100可设计为方形电池，如长方体或正方体。该电池100结构简单、方便制造、成本简单。

壳体的选材同设置同实施方式一，同样的，实施方式四中电池100还包括与壳体相连接的盖体(未图示)，正引出电极54和负引出电极58延伸穿出盖体，与外电路连接，并且正引出电极54和负引出电极58延伸穿出盖体的端部设有密封帽，密封帽可以防止水系电解液从正引出电极54和负引出电极58穿出的孔蒸发，从而减少水系电解液6的消耗。

同样的，电池100还包括安全阀和设置在壳体上的补液口(未图示)，安全阀和补液口的设置参照实施方式一，这里就不再重复介绍。

正引出电极54包括正极集流体12和设置在正极集流体12一面的正极活性物质10，正极活性物质10能够可逆脱出-嵌入离子。在实施方式一中已经介绍了正极活性物质10和正极集流体12，这里就不再重复介绍。

图10为构成电池100的双极性电极52的概略剖面图，双极性电极52包括双极性集流体56和正极活性物质10，双极性集流体56有相对设置的第一面61和第二面62，正极活性物质10设置在双极性集流体56的第一面61上。双极性集流体56的第一面61和第二面62极性相反，第一面61相当于正极，而第二面62相当于负极。

双极性电极52的制作方式没有特别限制，正极活性物质10可以是通过涂覆的方式附着于双极性集流体56上，例如将正极活性物质10制成浆料，然后通过拉浆法涂覆在双极性集流体56上；也可以在压制成型的正极活性物质10上涂覆双极性集流体56；还可以通过层叠的方式将正极活性物质10附着于双极性集流体56上，例如将按预定大小成型的双极性集流体56和正极活性物质10进行压制，使正极活性物质10与双极性集流体56之间电接触良好，形成双极性电极52。正极活性物质10的厚度范围为100-400μm。双极性电极52中的正极活性物质10和正引出电极54中的正极活性物质10具体可参照实施方式一中正极活性物质。

双极性集流体56的材料可以是导电塑料，优选的，双极性集流体56的厚度范围为50至100μm。

导电塑料的材料选自导电聚合物，具体的，导电聚合物包括但不仅限于聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚、聚苯胺、聚喹啉或聚对苯撑中的至少一种。导电聚合物本身就具有导电性，但还可以对导电聚合物进行掺杂或改性以进一步提高其导电能力。

导电塑料还可以是复合型的导电塑料，复合型导电塑料以聚合物为主要基质，并在其中掺入导电剂配制而成，这里，聚合物本身是否导电没有特别限制，复合型的导电塑料的导电能力主要是靠导电剂实现。具体的，导电塑料包括聚合物和导电剂，聚合物包括但不仅限于聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚酰胺，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲醛，聚苯醚，聚砜，聚醚砜、丁苯橡胶或氟树脂中的至少一种。具体的，聚合物可以是氟树脂中的聚四氟乙烯，还可以是共聚物，如聚四氟乙烯(PTFE)和丁苯橡胶(SBR)的共聚物。

导电剂包括碳基材料、金属或金属氧化物。导电剂在导电塑料中的质量百分比范围为10-90％。

碳基材料选自石墨、碳纳米管或无定形碳中的一种。无定形碳包括但不仅限于活性炭和碳黑。

金属的形式不限，可以是金属粉、金属薄片、金属丝条、金属纤维。金属氧化物包括但不仅限于氧化铅、氧化锡。

具体的，将聚合物和导电剂以一定的复合方式如分散复合、层级复合进行加工获得的具有导电性能的塑料。

双极性集流体56的材料还可以是不锈钢或经过钝化处理的不锈钢，不锈钢的机械性能优于导电塑料，因此，当使用不锈钢作为双极性集流体56时，双极性集流体56的厚度可以更薄，具体的，双极性集流体56的厚度范围为20-100μm。

不锈钢钝化处理的方法没有限制，可以是物理方法钝化、化学方法钝化或电化学方法钝化。钝化的目的是为了提高双极性集流体56与水系电解液6的相容性，从而减少副反应的发生，使电池具有稳定的循环性能。

本发明中，对于构成双极性电极52的双极性集流体56的机械性能要求不高，即可以采用重量较轻的导电塑料或厚度较薄的不锈钢作为双极性集流体56，电池100整体重量得到降低，因此电池100的能量密度得到显著提高。

负引出电极58选自选自金属、合金或碳基材料。

具体的，负引出电极58选自金属Zn、Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的金属中的至少一种，或含有上述金属的合金中的至少一种，或石墨箔、石墨片、碳布、碳毡、碳纤维中的至少一种，或铜镀锡，或黄铜。

负引出电极58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、Zn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：在铜的负引出电极58表面镀上铅或银，或者以涂覆的形式覆盖一层碳。正极集流体12和负引出电极58的厚度范围为1-10mm。

负引出电极58同实施方式一中的负极4，即负引出电极58可以仅作为电子收集和传导的基体不参与电极反应，或负引出电极58包括负极集流体和负极活性物质，如负引出电极58为黄铜箔和锌箔，锌箔与负极活性物质一致。

水系电解液6设置在正引出电极54和负引出电极58之间，正引出电极54、双极性电极52和负引出电极58层叠设置，当电池100中双极性电极52为一个时，正引出电极54和相邻的双极性电极52之间、双极性电极52和相邻的负引出电极58之间均设置有水系电解液6。当电池100中双极性电极52不止一个时，正引出电极54和相邻的双极性电极52之间、相邻的双极性电极52之间、双极性电极52和相邻的负引出电极58之间均设置有水系电解液6。

水系电解液6包括电解质，电解质至少能够电离出活性离子，活性离子在充电时被还原沉积在双极性集流体56的第二面形成负极活性物质，负极活性物质在放电时被氧化溶解在水系电解液6中，活性离子以盐酸盐、硫酸盐、醋酸盐、硝酸盐或甲酸盐中的至少一种形式存在于水系电解液6中。

水系电解液6和活性离子在实施方式一中已经介绍，这里就不再赘述。

优选的，水系电解液6中还包括与正极活性物质10能够可逆脱出-嵌入离子相对应的离子，离子包括锂离子、钠离子或镁离子中的至少一种。具体的，如正极活性物质10能够可逆脱出-嵌入锂离子时，那么水系电解液6中对应的还含有锂离子，这样，可以提高正极活性物质10与水系电解液6中的离子交换速度，提高电池100的大倍率充放电性能。

实施方式四中的电池100还包括隔膜16，隔膜16设置在正引出电极54与相邻的双极性电极52之间、双极性电极52与相邻的负引出电极58之间，实施方式四中电池100包括两个双极性电极52，因此，在相邻的双极性电极52之间也设置有隔膜16。一方面，隔膜16用于保持水系电解液6，另一方面隔膜16防止电池100短路。

隔膜16可以使用多孔隔膜、无纺织布或玻璃纤维。多孔隔膜包括但不仅限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)，聚酰亚胺中的一种，或PE-PP、PP-PE-PP的叠层隔膜。无纺织布包括但不仅限于人造丝、醋酸纤维、尼龙。水系电解液6在隔膜16中的含浸量可以在隔膜16的保持能力范围内，也可以超过保持范围，因为电池100设置有密封部60，可以防止水系电解液6泄漏。

双极性集流体56的外周部设置有用于密封水系电解液6的密封部60，没有特别限定的，密封部60可以采用密封圈，密封圈的形状优选为矩形，密封圈的选材只要是在电池100的使用环境下可以实现优异的密封效果即可。

没有特别限定的，密封部60的材料为橡胶，橡胶选自但不仅限于硅类橡胶、氟类橡胶、烯烃类橡胶、腈类橡胶中的一种，其中，烯烃类橡胶包括但不仅限于丁苯橡胶(SBR)，氯丁橡胶(CR)。这些密封用的橡胶类树脂具有良好的密封性(液密性)、耐酸碱性、耐药品性、耐久性、耐候性和耐热性，并且可以在电池100的使用环境下长期保持这些优异的性能而不会劣化，因此可以有效地防止水系电解液6从电池100中渗出，从而防止由于水系电解液6的泄漏而引起的电池100短路，保证电池100的循环稳定性能。

此外，只要是可以有效的实现本发明的作用效果的，如具有耐酸性和密封性的各种橡胶均可作为本发明密封部60的材料。

没有特别限制的，当密封部60采用密封圈时，隔膜16的面积小于密封圈的包围面积，并且密封圈的高度不小于隔膜16和正极活性物质10的厚度之和，在组装电池时，将浸有水系电解液6的隔膜16放置在密封圈的圈内，隔膜16不参与密封，这样可以避免因采用多孔隔膜而可能造成的水系电解液6的泄露。当然，隔膜16的面积也可以大于设置在双极性电极52外周部的密封部60的包围面积，只要隔膜16与密封部60最终一体成型，不会导致水系电解液6泄露就行。

请参阅图11所示，双极性电极52层叠地设置在正引出电极54和负引出电极58之间，电子仅从正引出电极54和负引出电极58导出或导入，电池100相当于3个电池单元64内部串联，在每个电池单元64中都有正极、负极、水系电解液和隔膜，水系电解液6通过密封部60密封，避免由于水系电解液6的泄露而造成的电池单元64之间的短路，从而保证电池100的正常工作。

例如，其中一个电池单元64包括正极集流体12、正极活性物质10、隔膜16、水系电解液6、密封部60和作为负极的双极性集流体56的第二面62。密封部60用于密封每个电池单元64中的水系电解液6，以避免因水系电解液6的泄露而造成电池100的短路。图11中示出的电池100仅包括二个双极性电极52，但实际上可以很容易的根据使用需求来设置电池100中双极性电极52的个数，从而制备具有不同输出电压的电池以及具有高输出电压的电池，本发明提供的电池具有广泛的用途。

本发明中的电池制备工艺简单，可以通过层叠的方式制备电池，具体的，在负引出电极上层叠地放置矩形密封圈，密封圈与负引出电极的外周部贴合，然后在密封圈的圈内放置浸有水系电解液的隔膜，再依次层叠双极性电极和正引出电极，正引出电极和双极性电极中的正极活性物质同时朝向负引出电极放置，水系电解液通过密封圈密封。双极性电极的个数决定电池最后的输出电压，因此，可以根据使用需求来设置双极性电极的个数，电池具有广泛的用途。

请参照图12所示，本发明提供的电池100的充放电原理为：在一个电池单元64中，充电时，能够可逆脱出-嵌入离子的正极活性物质10中脱出该离子，同时水系电解液6中的活性离子在双极性集流体56的第二面62得到电子被还原，并沉积在第二面62上，形成负极活性物质。在含有负引出电极58的电池单元64中，活性离子在负引出电极58上得到电子被还原，沉积在负引出电极58上。放电过程则为充电的逆过程。

本发明中，构成电池100的双极性电极52仅在双极性集流体56的第一面61设置正极活性物质10，而双极性集流体56的第二面62则相当于负极，为活性离子得电子还原-沉积提供载体，活性离子存在于水系电解液6中，相对于现有技术中在双极性集流体56的第一面61和第二面62均设置正极活性物质10，本发明中的电池100结构更加紧凑，电池100具有优异的能量密度和功率密度。除此之外，本发明中的电池100采用水系电解液6，相对于目前商业化的采用有机系电解液的锂离子电池更加安全、环保。

本发明中的电池100，相当于若干个电池单元64串联形成，每一个电池单元64都通过密封部60得到很好的密封，从而防止由于水系电解液6的泄漏而引起的短路。另外，本发明的电池即使不设置特殊的防漏部件或绝缘部件，也可防止电池单元间的短路，从而提供具有优异离子传导率、充放电性能的双极性电池。除此之外，可以根据使用需求设置不同数量的双极性电极52，从而制备具有不同输出电压的电池100，电池100用途非常广泛。

实施方式五

请参阅图13所示，实施方式五提供了一种电池110，电池110包括壳体(未示出)，设于壳体内的正引出电极54、至少一个双极性电极52、负引出电极58和水系电解液6。双极性电极52层叠的设置在正引出电极54和负引出电极58之间，正引出电极54和负引出电极58分别位于最上层和最下层。

正引出电极54包括正极集流体12和设置在正极集流体12一面的正极活性物质10，与实施方式五的区别是，正极集流体12包覆有导电膜14。

导电膜14可以通过粘结剂粘接、热压复合或真空覆膜的方法包覆在正极集流体12的一面，然后再在导电膜14上设置正极活性物质10，导电膜14的厚度为0.01-0.2mm。具体到图13中，正极集流体12的两面上均包覆有导电膜14。

导电膜14的材料在实施方式一中已经详细介绍，这里就不再重复。

一方面，采用导电聚合物或含有导电剂的复合物作为导电膜14能够提高正极集流体12的导电子能力；另一方面，包覆在正极集流体上的导电膜14，避免了正极集流体12与水系电解液6直接接触，解决了水系电解液6对正极集流体12潜在的腐蚀问题，保证正极集流体12的稳定性，改善电池110可能的自放电问题，从而使电池110具有稳定的循环性能。

请参阅图14所示，电池单元68通过密封部60密封，密封部60设置在双极性集流体56的外周部，用于密封水系电解液6。

实施方式五中电池110其余构成以及组装方式同实施方式四，这里不再一一赘述。

实施方式五中提供的电池，采用导电膜包覆的正极集流体，杜绝了水系电解液对正极集流体潜在的腐蚀问题，使电池除了具有高输出电压、安全、环保等特点之外，进一步提高了电池的循环稳定性能。

实施方式六

请参阅图15所示，实施方式六提供了一种电池120，电池120包括壳体(未示出)，设于壳体内的正引出电极54、至少一个双极性电极52、负引出电极58和水系电解液6。双极性电极52层叠的设置在正引出电极54和负引出电极58之间，正引出电极54和负引出电极58分别位于最上层和最下层。与实施方式四的区别是，电池120不包括隔膜。

同样的，电池单元(未示出)通过密封部60密封，密封部60设置在双极性集流体56的外周部，用于密封水系电解液6。示例的，密封部60可以采用密封圈，密封圈的高度大于正极活性物质10的厚度，通过具有一定高度的密封圈，使得正引出电极54与相邻的双极性电极52的双极性集流体56之间和双极性电极52的双极性集流体56与相邻的负引出电极58之间保持一定距离，以避免电池120短路。当电池120中双极性电极52的个数不止一个时、相邻的双极性电极52的双极性集流体56与双极性集流体56之间同样设置有密封部60。

制备实施方式六中的电池时，可以先将按预定规格制备好的正引出电极54、双极性电极52和负引出电极58进行排列并密封。具体的，正引出电极54和双极性电极52上的正极活性物质10同时朝向负引出电极58排列，密封部60可以采用具有高出正极活性物质10厚度的橡胶材料如密封圈，将密封圈设置在双极性集流体56的外周部，最后通过注射的方式注入水系电解液6；密封部60还可以采用热塑性橡胶材料，在初步密封时，可以仅在双极性集流体56三边的外周部设置热塑性橡胶材料，保留一边开口，将正引出电极54、双极性电极52和负引出电极58排列好后，通过加热或加热加压使橡胶固化成型，再通过未密封的一边处注入预定量的水系电解液6，最后再将所有电池单元完全密封。

实施方式六中电池120其余构成以及组装方式同实施方式四，这里不再一一赘述。

实施方式六中的电池120没有采用隔膜，电池120不仅能够给正常、持续的工作，而且由于重量更轻，因此电池120具有更优异的能量密度和比功率。另外，在制备电池120时，可以很容易的形成密封部60，防止由于水系电解液6的泄漏而引起的短路。电池120即使不设置特殊的防漏部件，即可防止电池单元间的短路，电池120具有具有优异的循环性能以及循环寿命。

实施方式七

请参阅图16所示，实施方式七提供了一种电池130，电池130包括壳体(未示出)，设于壳体内的正引出电极54、至少一个双极性电极52、负引出电极58和水系电解液6。双极性电极52层叠的设置在正引出电极54和负引出电极58之间，正引出电极54和负引出电极58分别位于最上层和最下层。

正引出电极54包括正极集流体12和设置在正极集流体12一面的正极活性物质10，与实施方式六的区别是，正极集流体12包覆有导电膜14。

导电膜14的选材、成型方式同实施方式一，这里就不再一一赘述。

实施方式七中的电池130，包覆在正极集流体12上的导电膜14隔绝了正极集流体12与水系电解液6的接触，提高了正极集流体12的稳定，从而保证电池130具有稳定的循环性能。没有使用隔膜的电池130重量更加轻便，在便于使用者携带的同时，提供优异的性能。

本发明中的电池，双极性电极中的双极性集流体可以采用导电塑料或厚度较薄的不锈钢，在保证电池正常工作的同时，电池的重量更加轻便，使得本发明中的电池在能量密度和体积上具有明显的优势；其次，电池采用水系电解液，水系电解液具有相对更高的离子传导率，改善了电池的倍率性能；电池使用安全、环保并且制作工艺简单，在制备过程中，可以根据使用需求制备具有不同输出电压的电池，电池用途广泛，具有产业化应用前景。

本发明中提供含有双极性电极的电池，仅在双极性电极的一面涂覆正极活性物质，双极性电极同涂有正极活性物质相对的一面上在电池首次充放电前没有负极活性材料，负极的活性离子存在于水系电解液中，在对电池进行充电时，沉积在双极性电极未涂覆正极活性物质的一面，电池具有优异的循环性能。同时，电池采用的是水系电解液，相对于采用有机系电解液的锂离子电池，本发明中的电池更加安全、环保。除此之外，通过设置双极性电极的个数可以制备具有不同输出电压、具有高输出电压的电池，电池用途广泛并且制备工艺简单，电池具有商业化应用潜力。

【板式结构电池】

本发明还提供了一种电池，电池具有板式结构。

实施方式八

如图17所示，一种电池140，电池140包括壳体70，设于壳体70内的正极72、负极74、隔膜76和水系电解液78。且隔膜76设置于正极72和负极74之间。

正极72包括正极集流体80和参与电化学反应的正极活性物质82，正极活性物质82包括能够可逆脱出-嵌入离子的化合物；负极74选自金属、合金或碳基材料；水系电解液78包括电解质，电解质至少能够电离出活性离子，活性离子在充电时被还原沉积在负极74形成负极活性物质，负极活性物质在放电时被氧化溶解在水系电解液78中。

正极72、负极74、水系电解液78和隔膜76同实施方式一，这里就不再重复介绍。

正极72、隔膜76和负极74形成平板状，且隔膜76位于正极72和负极74之间。相应的，壳体70设置为方形。从而，电池可设计为方形电池，如长方体或正方体。该电池结构简单、方便制造、成本简单。

电池140设计为层叠式。正极72、隔膜76和负极74层叠排布形成平板状，且隔膜76位于正极72和负极74之间。相应的，壳体70也设置为方形。

具体到图17中，正极72设置为4个，负极74设置为5个，最靠近壳体70的为负极74。

电池还可设置为包括若干独立的电池单元，独立的电池单元包括独立的正极、隔膜和负极。其中电池单元以并联方式连接。独立的电池单元可设置为2～10组。当然，也可根据不同需要把独立的电池单元设置成不同组数，如12组或以上等。另外，独立的电池单元也可根据需要以串联方式连接。

壳体70可设置为金属、塑料或金属与塑料的复合膜，如钢、铝、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、尼龙或铝塑膜等。优选的，壳体70设置为铝塑膜，从而使得壳体较薄。减少电池重量的同时，也增加了电池内部的空间。铝塑膜包括一层铝片和第一层塑料片。优选的，铝塑膜还包括相对于第一层塑料片设置于上述铝片另一侧的第二层塑料片。

电池还包括与壳体70相连接的盖体84，正极集流体80延伸穿出盖体84，正极集流体80延伸穿出盖体84的端部设有密封帽86。密封帽86需要具有较好的导电性和化学稳定性。另外，密封帽86还可防止水系电解液78从正极集流体80穿出的孔蒸发，从而减少水系电解液78的消耗。正极72与外电路相连接。

负极74也延伸穿出盖体84，从而与外电路连接。同样，负极74延伸穿出盖体24的端部设有密封帽(未图示)。

另外，电池在充电过程中，尤其是快接近充电后期时，由于充电电流将水分解，会释放出大量氢、氧气体。随着产生的氢气和氧气越来越多，电池壳体内的压力也在不断上升，当压力上升到一定值，电池壳体会发生变形。因此，电池还包括用于控制壳体70内压力的安全阀88。当电池的壳体70内的压力到达预设的开阀压时，安全阀88打开，将压力释放，防止壳体变形，从而提高了电池的寿命和安全性。

另外，当壳体70内的压力到达预设的闭阀压时，安全阀88闭合，防止内部气体向外泄露。同时，也防止外部空气进入壳体70内造成不良影响。且还可以防止析出的氢气遇明火时产生回火，从而引爆壳体70内部气体。

壳体70上还可设置有用于补充水系电解液78的补液口(未图示)。这样，当水系电解液78较少时，可通过补液口注入水系电解液78。

优选的，补液口为安装安全阀88处的安装孔(未图示)。

请参阅图18和19所示，电池为层叠式。具体的，隔膜76为整体式的带状结构，且隔膜76以Z字型折叠。正极72和负极74层叠排布于隔膜76的叠缝处。此时，隔膜76位于正极72和负极74之间，从而使正极72和负极74之间彼此绝缘。

正极72、隔膜76和负极74同样被压制成方形平板状。相应的，壳体70也设置为方形，如长方体或正方体，从而，电池可设计为方形电池。

请参阅20所示，电池为卷绕式，电池包括正极72、负极74和隔膜76。正极72、隔膜76和负极74卷绕成形，从而形成平板状电芯，且隔膜76位于正极72和负极74之间。相应的，壳体70也设置为方形，如长方体或正方体，从而，本实施例中的电池可设计为方形电池。

优选的，正极72、隔膜76和负极74均设置为长条状。可根据需要卷绕成不同的圈数。

具体的，平板状电芯包括相对的两平面90，连接上述两平面90且相对设置的两弧形部92。正极卷绕终止端94和负极卷绕终止端96中的至少一个位于平板状电芯的弧形部92处。

优选的，正极卷绕终止端94和负极卷绕终止端96分别位于平板状电芯相对设置的两弧形部92处。

优选的，正极卷绕终止端94和负极卷绕终止端96位于平板状电芯的同一弧形部92处。

当电池在充放电过程中，极片厚度会膨胀，从而导致平板状电芯整体厚度增加。而把正极卷绕终止端94和负极卷绕终止端96设置在弧形部92处，由于弧形部92与壳体70之间留有空间，该空间为平板状电芯的膨胀起到了缓冲作用。从而使得不会在弧形部92处产生较大的应力集中，进而避免了弧形部92处出现明显的褶皱，有效减少了可逆脱出-嵌入的离子的结晶。

图20中，平板状电芯的卷绕方法为，从内圈开始，隔膜76卷绕为两层，且两层隔膜76相互贴合，根据设计要求，当两层隔膜76贴合一定长度后再卷绕第二圈，此时从内圈开始，依次为两层隔膜76，负极74，卷绕到第二圈的隔膜76，正极72，卷绕到第二圈的隔膜76，然后继续卷绕负极74，隔膜76，正极72，隔膜76到所设计的圈数即可。当然，如本领域技术人员所知，还有其它的卷绕方法，只要保证正极和负极绝缘即可。

本发明提供的一种电池，具有能量密度高(可达锂离子电池的60％-80％)，功率密度大(可望达到锂离子电池的200％，甚至更高)，易于制造，完全无毒，环保，容易回收且成本低廉(同样容量的电池，可望达到铅酸电池的60％，锂离子电池的20％，甚至更低)等特点，并且具有很好的循环性能，在具体实施方式中，电池在循环4000周后容量仍维持在90％以上。因此，本发明中的电池作为新一代的绿色能源，非常适合作为大型储能领域的储能体系以及铅酸电池的替代品。

【柱式结构电池】

本发明还提供了一种电池，电池具有圆柱式结构。

实施方式九

一种电池，电池包括壳体，设于壳体内的正极、负极、隔膜和水系电解液，隔膜设置于正极和负极之间。

正极包括正极集流体和参与电化学反应的正极活性物质，正极活性物质包括能够可逆脱出-嵌入离子的化合物；负极选自金属、合金或碳基材料；水系电解液包括电解质，电解质至少能够电离出活性离子，活性离子在充电时被还原沉积在负极形成负极活性物质，负极活性物质在放电时被氧化溶解在水系电解液中。

正极集流体、正极活性物质、负极、水系电解液和隔膜同实施方式一，这里就不再一一赘述。

同样的，负极的设置同实施方式一，即负极包括负极集流体，此时负极可以仅作为电子收集和传导的基体不参与电极反应；或负极包括负极集流体和负极活性物质，如负极为黄铜箔和锌箔，锌箔与负极活性物质一致。

壳体设置为圆柱筒形，正极、隔膜、负极以及壳体同轴排列。

具体的，电池中的正极、隔膜与负极可通过卷绕形成圆柱形电芯设置于壳体内。

请参阅图21和22所示，电池150的负极160和隔膜156均为圆柱筒形，正极集流体152为圆柱形，正极活性物质158设置于隔膜156与正极集流体152之间。电池150还包括固定环154，固定环154固定正极集流体152、隔膜156、负极160以及壳体(未示出)。固定环154的材质为聚氯乙烯，固定环154为两个，分别设置于壳体的两端。固定环154包括上层环162和下层环164，上层环162和下层环164为一体成型，上层环162固定正极集流体152与隔膜156，下层环164固定隔膜156与负极160。上层环162的外径与负极160的内径相同，上层环162的内径与正极集流体152的直径相同；下层环164的外径与隔膜156的内径相同，下层环164的内径与正极集流体152的直径相同。

在正极集流体152为圆柱形的实施方式中，具体的，如图21和图22中所示：一种电池150，包括正极集流体152、正极活性物质158、隔膜156、负极160、水系电解液(图中未示出)、固定环154和壳体；正极集流体152与正极活性物质158、隔膜156、负极160以及壳体同轴排列；负极160和隔膜156均为圆柱筒形；正极活性物质158设置于正极集流体152与隔膜156之间；隔膜156设置于正极活性物质158与负极160之间；负极160设置于隔膜156与壳体之间；水系电解液设置于壳体内；固定环154设置于壳体的一端，固定环154固定正极集流体152与隔膜156以及负极160；优选的，正极集流体152为石墨棒。

具体的，固定环154的材质为聚氯乙烯，固定环154为两个，分别设置于电池中壳体的两端，一个设置于电池的顶端，另一个设置于电池的底端。如图22中所示：固定环154包括上层环162和下层环164，上层环162和下层环164为一体成型，上层环162固定正极集流体152与隔膜156，下层环164固定隔膜156与负极160。上层环162的外径与负极160的内径相同，上层环162的内径与正极集流体152的直径相同；下层环164的外径与隔膜156的内径相同，下层环164的内径与正极集流体152的直径相同。

在正极集流体为圆柱形的实施方式中，电池还包括正极导电剂，正极导电剂与正极活性物质158混合均匀后一起设置于正极集流体152与隔膜156之间。具体的，先将圆柱形正极集流体152、圆柱筒形隔膜156以及设置于电池底端的固定环154组装好，正极导电剂、正极活性物质158和溶剂一起混合均匀形成正极浆料，再将正极浆料倒入隔膜156与正极集流体152组成的间隙中，干燥，即在正极集流体152与隔膜156之间形成正极导电剂与正极活性物质158。正极导电剂选自导电聚合物、活性碳、石墨烯、碳黑、碳纤维、金属纤维、金属粉末、以及金属薄片中的一种或多种。溶剂选自去离子水或乙醇。

在正极集流体为圆柱形的实施方式中，圆柱筒形的负极160可以是先形成圆柱筒形的负极集流体，将圆柱形正极集流体152、圆柱筒形的隔膜156、圆柱筒形的负极集流体以及设置于电池底端的固定环固定后，再将负极活性物质加入到圆柱筒形的隔膜156与圆柱筒形的负极集流体之间得到；也可以是先将负极活性物质通过涂覆、电镀或溅射的方法形成于负极集流体上后，再形成圆柱筒形的负极160。

本发明提供的电池，具有能量密度高，功率密度大，易于制造，安全无毒，环保，容易回收且成本低廉等特点，并且电池具有很好的循环性能，因此，本发明中的电池作为新一代的绿色能源，非常适合作为大型储能领域的储能体系以及铅酸电池的替代品。

本发明中的重量、体积百分比中的单位是本领域技术人员所熟知的，例如体积百分比是指在100毫升的溶液中溶质的重量。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例。

实施例1

将LiMn₂O₄(湖南杉杉，LMO021型)、导电炭黑(TIMCAL，super P)、粘接剂羧甲基纤维素钠(斯比凯可，30000)和水按照质量比90:6:1:50的比例混合均匀，加入3份丁苯橡胶乳液(韩国大金)，继续混合10min制成活性物质浆料。以长80毫米、宽60毫米、厚20微米的铝箔作为正极集流体，将铝箔置于2片厚50微米的导电膜中间，导电膜尺寸比铝箔稍大，通过加热复合使导电膜包覆在铝箔上，并保证导电膜比铝箔多出部分密封完好。将活性物质浆料均匀涂覆在复合集流体的第一面和第二面，涂覆密度为700g/m²，在60℃下烘干，与辊压机上施加10吨压力碾压，得到正极。

具体的，导电膜为含有聚丙烯和导电炭黑的复合材料。

隔膜为厚度2毫米的AGM玻璃纤维隔膜，尺寸为70×70毫米。负极为厚50微米的锌板，尺寸与隔膜相当。电解液为2mol/L的ZnSO₄和1mol/L的Li₂SO₄的混合水溶液。

电池按照以下方式组装：将得到的正极置入两个负极之间，正极与负极之间各设置一片隔膜，组装完成后，注入12毫升电解液，静止3小时，即可开始充放电测试。

实施例2

在实施例2中，正极集流体为铜箔，电池其余构成以及测试方法同实施例1。

实施例3

在实施例3中，正极集流体为不锈钢箔，电池其余构成以及测试方法同实施例1。

实施例4

在实施例4中，导电膜厚度为100微米，电池其余构成以及测试方法同实施例1。

电池性能测试

将实施例1至4中的电池在室温下进行充放电循环测试。充放电循环测试的条件为：以0.25C恒定电流下充电到2.1V，停止10分钟，再在1C恒定电流下放电到1.4V，再停止10分钟，作为一个循环。

图23为实施例1中电池充放电循环性能图，从图中可以看出，电池能够正常工作，并且在多次循环后性能非常稳定。同样的，实施例2至4中的电池可以持续、稳定的工作。

实施例5

将正极活性物质LiMn₂O₄、导电剂乙炔黑(AB)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按照重量比80:10:10混合，以N-甲基吡咯烷酮作为溶剂，制作正极浆料，在厚度为100μm的集流体的一面上涂布正极浆料，放入到真空干燥箱中，在60℃下干燥0.5h，形成厚度为400μm的双极性电极。集流体采用导电塑料，具体的，导电塑料为含有的聚丙烯和导电炭黑的复合材料。

正极集流体和负引出电极的材料为不锈钢箔，通过热压复合在正极集流体的一面包覆一层厚度为50μm的导电膜，导电膜为聚乙烯和碳黑的复合膜，按照制备双极性电极的过程，在正极集流体涂有导电膜的一面涂覆相同厚度的正极活性物质。正极集流体和负引出电极的厚度为2mm。

水系电解液为含有浓度为1mol/L硫酸锂和2mol/L硫酸锌的水溶液；隔膜采用玻璃纤维(AGM)，隔膜的面积小于矩形密封圈的包围面积，隔膜的厚度为600μm；密封部采用高度为1mm的矩形密封圈，矩形密封圈的面积略小于引出电极和集流体的面积。

在负引出电极上层叠矩形密封圈，然后在密封圈的圈内放置浸有水系电解液的隔膜，再依次层叠双极性电极和正引出电极，双极性电极和正引出电极涂有正极活性物质的一面面向负引出电极放置，密封圈用于密封设置在正引出电极与相邻的双极性电极和双极性电极与相邻的负引出电极之间的水系电解液。

电池性能测试

将实施例5中的电池在室温下进行充放电循环测试。充放电循环测试的条件为：在1C恒定电流下充电到4.2V，停止10分钟，再在1C恒定电流下放电到2.8V，再停止10分钟，作为一个循环。

实施例6

在实施例6中，双极性电极的个数为3个，电池其余构成以及制备方法同实施例5。

电池性能测试

将实施例6中的电池在室温下进行充放电循环测试。充放电循环测试的条件为：在1C恒定电流下充电到8.4V，停止10分钟，再在1C恒定电流下放电到5.6V，再停止10分钟，作为一个循环。

实施例7

在实施例7中，双极性电极的个数为5个，电池其余构成以及制备方法同实施例5。

电池性能测试

将实施例7中的电池在室温下进行充放电循环测试。充放电循环测试的条件为：在1C恒定电流下充电到12.6V，停止10分钟，再在1C恒定电流下放电到8.4V，再停止10分钟，作为一个循环。

实施例8

在实施例8中，双极性电极的集流体采用不锈钢，厚度为50μm，电池其余构成、制备方法以及电池性能测试同实施例5。

实施例9

在实施例9中，正极集流体的一面没有包覆导电膜，电池其余构成、制备方法以及电池性能测试同实施例5。

表1为实施例5到9中的电池在1C倍率下充放电，充放电循环100次的电池性能：

表1

实施例10

将正极活性物质LiMn₂O₄、super-p碳黑、粘接剂PVDF按照重量比例8:1:1混合均匀，以NMP作为溶剂，制得正极浆料，均匀涂覆在厚度80μm的正极集流体石墨箔上，随后干燥、压制得到正极；负极包括锌箔和厚度50μm的石墨箔，金属锌镀在石墨箔上作为负极活性物质；隔膜为玻璃毡布。

将所得正极、隔膜及负极通过卷绕形成圆柱形电芯，设置于圆柱筒形的壳体中；电池中加入的电解液为含有2mol/L醋酸锂和1.5mol/L醋酸锌的水溶液，通过向电解液中滴加0.1mol/L的LiOH溶液调节电解液的pH为4。室温下，电池静置12h后，以100mA的电流充电和放电，电压范围为1.5-2.35V。

实施例11

与实施例10相同的方式制造电池，所不同的是：用经过钝化的316型不锈钢代替实施例10负极中的石墨箔。

实施例12

与实施例10相同的方式制造电池，所不同的是：用铜箔代替实施例10负极中的石墨箔。

实施例13

一种电池，正极集流体为石墨棒，直径为4mm，长度为62mm；隔膜的材质为无纺布，隔膜为圆柱筒形，隔膜的外径为11mm，隔膜的内径为10mm，隔膜的长度为58mm；负极包括铜箔和锌，锌通过溅射形成于铜箔上，得到圆柱筒形负极，负极的外径为17mm，负极的内径为16mm，负极的长度为58mm，负极上设有0.1mm厚的铜极耳，引出电池；壳体的材质为聚氯乙烯(PVC)，壳体的内径为17mm，壳体的外径为18mm，壳体的长度为60mm；固定环的材质为聚氯乙烯(PVC)，固定环有两个，分别设置于电池的两端，置于电池顶端的为第一固定环，至于电池底端的为第二固定环，固定环包括上层环和下层环，上层环和下层环为一体成型，上层环的内径为4mm，上层环的外径为10mm，上层环的厚度为3mm，下层环的内径为4mm，下层环的外径为16mm，下层环的厚度为1mm。

具体电池的装配过程为：以LiMn₂O₄为正极活性物质，将正极活性物质、导电剂Super-P、按照90:10的重量比例混合在去离子水中，混合均匀制得正极浆料；先将隔膜与第二固定环以及石墨棒组装好后，将正极浆料倒入隔膜与石墨棒形成的间隙中，倒入正极浆料量为10g，在80℃下干燥，得到正极，隔膜内正极活性物质与导电剂的混合物为5g；再在圆柱筒形隔膜外设置圆柱筒形负极，圆柱筒形负极外设置圆柱筒形壳体；电解液为544g氯化锌和21g无水氯化锂，溶于600g去离子水，再往电解液中滴定0.1mol/L氢氧化锂将电解液的pH值调为4.3，再用去离子水定容至1L得到，本实施例的电池中加入5g该电解液。将隔膜、第二固定环、石墨棒、正极、负极、壳体以及电解液组装好后，静置12小时，随后开始以100mA的电流充电和放电，充放电电压区间为1.5-2.35V。

实施例14

一种电池，正极集流体为石墨棒，直径为4mm，长度为62mm；隔膜的材质为无纺布，隔膜为圆柱筒形，隔膜3的外径为11mm，隔膜的内径为10mm，隔膜的长度为58mm；负极包括铜箔和锌，负极的外径为17mm，负极的内径为16mm，负极的长度为58mm，负极上设有0.1mm厚的铜极耳，引出电池；壳体的材质为聚氯乙烯(PVC)，壳体的内径为17mm，壳体的外径为18mm，壳体的长度为60mm；固定环的材质为聚氯乙烯(PVC)，固定环有两个，分别设置于电池的两端，置于电池顶端的为第一固定环，至于电池底端的为第二固定环，固定环包括上层环和下层环，上层环和下层环为一体成型，上层环的内径为4mm，上层环的外径为10mm，上层环的厚度为3mm，下层环的内径为4mm，下层环的外径为16mm，下层环的厚度为1mm。

具体电池的装配过程为：以LiMn₂O₄为正极活性物质，将正极活性物质22、导电剂Super-P、按照90:10的重量比例混合在去离子水中，混合均匀制得正极浆料；先将隔膜与第二固定环以及石墨棒组装好后，将正极浆料倒入隔膜中，倒入正极浆料量为12g，在80℃下干燥，得到正极，隔膜内正极活性物质与导电剂的混合物为6g；将圆柱筒形的铜箔与石墨棒、圆柱筒形的隔膜以及第二的固定环固定好后，再将锌加入到圆柱筒形的隔膜与圆柱筒形的铜箔之间得到圆柱筒形负极；电解液为544g氯化锌和21g无水氯化锂，溶于600g去离子水，再往电解液中滴定0.1mol/L氢氧化锂将电解液的pH值调为4.3，再用去离子水定容至1L得到，本实施例的电池中加入6g该电解液。将隔膜、第二固定环、石墨棒、正极、负极、壳体以及电解液组装好后，静置12小时，随后开始以100mA的电流充电和放电，充放电电压区间为1.5-2.35V。

实施例15

与实施例13相同的方式制造电池，所不同的是：用石墨箔代替负极中的铜箔。

实施例10到15中所提供的电池，电池具有良好的循环性能。

尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本发明精神的实质，本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不能构成对本发明的限制。

Claims

1.一种电池，包括壳体，设置于所述壳体中的正极、两个负极、水系电解液和隔膜，所述隔膜保持所述水系电解液；所述正极和负极层叠排布于所述壳体中，所述正极置于所述两个负极之间，所述两个负极共用所述正极，所述隔膜位于所述正极和负极之间。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极包括正极集流体和正极活性物质，所述正极集流体具有相对设置的第一面和第二面，所述正极活性物质设置在所述第一面和第二面上，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极包括复合集流体和正极活性物质，所述复合集流体包括正极集流体和包覆在所述正极集流体上的导电膜，所述复合集流体具有相对设置的第一面和第二面，所述正极活性物质设置在所述第一面和第二面上，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中。

4.一种电池，包括壳体，设置于所述壳体中的两个正极、负极、水系电解液和隔膜，所述隔膜保持所述水系电解液；所述正极和负极层叠排布于所述壳体中，所述负极置于所述两个正极之间，所述两个正极共用所述负极，所述隔膜位于所述正极和负极之间。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于：所述正极包括正极集流体和正极活性物质，所述正极集流体具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面与所述负极相对，至少所述第一面上设置有所述正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中。

6.根据权利要求4所述的电池，其特征在于：所述正极包括复合集流体和正极活性物质，所述复合集流体包括正极集流体和包覆在所述正极集流体上的导电膜，所述复合集流体具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面与所述负极相对，至少所述第一面上设置有所述正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中。

7.一种电池，包括壳体，设置于所述壳体中的正极、负极、水系电解液和隔膜，所述隔膜保持所述水系电解液；

所述电池包括n对所述正极和负极，n≥2，相邻的两个正极共用位于两个正极之间的负极，相邻的两个负极共用位于两个负极之间的正极；所述正极、负极交替的层叠排列于所述壳体中，所述隔膜位于所述正极和负极之间。

8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于：所述正极包括正极集流体和正极活性物质，所述正极集流体具有相对设置的两面，其中，至少所述正极集流体与所述负极相对的一面上设置有正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中。

9.根据权利要求7所述的电池，其特征在于：所述正极包括复合集流体和正极活性物质，所述复合集流体包括正极集流体和包覆在所述正极集流体上的导电膜，所述复合集流体具有相对设置的两面，其中，至少所述复合集流体与所述负极相对的一面上设置有正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极选自金属、合金或碳基材料；所述水系电解液包括电解质，所述电解质至少能够电离出活性离子，所述活性离子在充电时被还原沉积在所述负极形成负极活性物质，所述负极活性物质在放电时被氧化溶解在所述水系电解液中。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的电池，其特征在于：所述壳体为方形。

11.根据权利要求10所述的电池，其特征在于：所述正极、隔膜和负极形成平板状。

12.根据权利要求11所述的电池，其特征在于：所述正极、隔膜和负极卷绕成形。

13.根据权利要求1-9中任意一项所述的电池，其特征在于：所述壳体为圆柱筒形，所述正极、所述隔膜、所述负极以及所述壳体同轴排列。

14.根据权利要求13所述的电池，其特征在于：所述正极、隔膜与负极通过卷绕形成圆柱形设置于所述壳体中。

15.根据权利要求1-9中任意一项所述的电池，其特征在于：所述壳体设置为铝塑膜。

16.根据权利要求1-9中任意一项所述的电池，其特征在于：所述壳体上设有补液口，所述补液口用于补充所述水系电解液。

17.根据权利要求1-9中任意一项所述的电池，其特征在于：所述电池还包括用于控制所述壳体内压力的安全阀。

18.根据权利要求3、6、9中任意一项所述的电池，其特征在于：所述导电膜的材料包括聚合物和导电填料。

19.根据权利要求18所述的电池，其特征在于：所述聚合物选自聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚酰胺，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲醛，聚苯醚，聚砜，聚醚砜、丁苯橡胶或氟树脂中的至少一种。

20.根据权利要求18所述的电池，其特征在于：所述导电填料选自导电聚合物、碳基材料或金属氧化物。

21.根据权利要求3、6、9中任意一项所述的电池，其特征在于：所述导电膜的材料选自导电聚合物。