CN107317056A - 电池及其制备方法、充电方法和应用 - Google Patents

电池及其制备方法、充电方法和应用 Download PDF

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CN107317056A CN201610268306.4A CN201610268306A CN107317056A CN 107317056 A CN107317056 A CN 107317056A CN 201610268306 A CN201610268306 A CN 201610268306A CN 107317056 A CN107317056 A CN 107317056A
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Abstract

本发明涉及一种电池、其制备方法、充电方法及电池的应用，该电池包括第一基底和依次设置在第一基底上的第一活性材料层、电解质、第二活性材料层、第二基底，第一基底和第二基底中至少一基底采用透明导电材料，第一活性材料层与第二活性材料层中至少一活性材料层采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种的组合，且第一活性材料层与第二活性材料层具有电势差。本发明的电池能够根据电池颜色变化指示电池电量的高低，以赋予电池更多的智能性。此外，该电池还具有快速自充电以及高容量的特点，是传统电池所不具备的优势。

Description

电池及其制备方法、充电方法和应用
技术领域
本发明涉及电池制造技术领域，具体是一种电池及其制备方法和充电方法，以及电池的应用。
背景技术
电池作为一种便捷的储能工具，在日常生产和生活中发挥着重要作用。在过去的几十年里，人们对于电池的研究都集中于高功率、高能量、小型化和长寿命周期上，以解决能量储存系统的优化问题。
以锂离子聚合物电池为例，作为最常用的电池之一，对于锂离子聚合物电池的研究主要是增加电池容量以延长供电时间，例如中国专利201210507690.0公开一种高容量锂离子电池用复合石墨负极材料及其制备方法，通过提供一种特殊的复合石墨负极材料，整体提高锂离子电池的单位体积能量密度。但是提供更高电池容量的同时，也意味着电池的充电时间较长。
另有中国专利201210505029.6公开一种自充电薄膜锂离子电池，包括锂离子电池、摩擦发电机和充电模块，应用摩擦发电机产生的电场完成锂离子电池的充电。虽然能够实现电池的自充，但是这种充电方式的充电效率有待提高。
由此可见，在目前的电池技术领域中，难以实现电池容量、充电时间、充电方式之间的兼顾，因此实有必要对这一现状进行改进。此外，除了对于电池能量储存系统的研究，近年来人们开始了电池的多功能研究，即是在具有电池功能的基础上包含一些其他功能，比如直接在电池上显示电量状态或者能量存储状态的智能储能系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池及其制备方法、充电方法、应用，以解决上述问题。
具体地，本发明包括四个方面。
第一个方面，本发明提供一种电池，所述电池包括第一基底和依次设置在所述第一基底上的第一活性材料层、电解质、第二活性材料层、第二基底，所述第一基底和所述第二基底中至少一基底采用透明导电材料，所述第一活性材料层与所述第二活性材料层中至少一活性材料层采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种的组合，且所述第一活性材料层与所述第二活性材料层具有电势差。
进一步地，所述第一活性材料层采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种的组合，所述第二活性材料层采用导电无机材料、导电有机材料导电金属、导电复合材料中的一种或几种的组合。
可选地，所述第一活性材料层采用W18O49、或者掺杂有Mo的WO3、或者TiO2、或者NiO、或者普鲁士蓝中的一种或几种的组合。
可选地，所述第二活性材料层采用W18O49、或者掺杂有Mo的WO3、或者TiO2、或者NiO、或者普鲁士蓝、或者金属铝中的一种或几种的组合。
【基底-具体】进一步地，所述第一基底采用透明导电材料，所述第二基底采用导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂、透明导电薄膜中的一种或几种的组合。
可选地，所述第一基底采用ITO材料、FTO材料、PET材料、碳纳米管或石墨烯中的一种或几种的组合。
可选地，所述第二基底采用ITO材料、FTO材料、PET材料、碳纳米管或石墨烯中的一种或几种的组合。
【电解质-具体】进一步地，所述电解质为固体电解质，所述固体电解质包括聚合物、有机盐、无机盐中的一种或几种的混合物。
可选地，所述固体电解质为聚合物-无机盐组合物。
进一步地，所述聚合物-无机盐组合物的制备方法包括以下步骤：
配制溶液：分别配制聚合物溶液和无机盐溶液；
混合溶液：将所述无机盐溶液与所述聚合物溶液混合，得到所述聚合物-无机盐组合物的混合溶液；
干燥：对所述混合溶液进行烘干，得到固体，所述固体为所述聚合物-无机盐组合物。
可选地，所述聚合物-无机盐组合物中的聚合物为聚乙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚氯乙烯或聚偏氟乙烯中的一种或几种的混合物。
可选地，所述聚合物-无机盐组合物中的无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙或氯化铝中的一种或几种的组合物。
优选地，所述固体电解质为聚乙烯醇-氯化钾组合物、聚乙烯醇-氯化钠组合物、聚乙烯醇-氯化镁组合物或聚乙烯醇-氯化铝组合物中的一种或几种的组合。
最优选地，所述固体电解质为聚乙烯醇-氯化钾组合物。
【电解质-制作方法】进一步地，所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的制备方法包括以下步骤：
将聚乙烯醇溶于水溶液中，形成聚乙烯醇水溶液；
将氯化钾溶于水溶液中，形成氯化钾水溶液；
将所述氯化钾水溶液加入到所述聚乙烯醇水溶液中形成聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液；
对所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液进行真空烘干，得到所述聚乙烯醇-氯化钾组合物，所述聚乙烯醇-氯化钾组合物中聚乙烯醇与氯化钾的质量比为1:0.5～1。
其中，聚乙烯醇与氯化钾的质量比为1:0.5～1包括了该比例范围内的任一点值，例如聚乙烯醇与氯化钾的质量比为1:0.5、1:0.6、1:0.65、1:0.7、1:0.75、1:0.8、1:0.85、1:0.9、1:0.95或1:1。
优选地，所述聚乙烯醇-氯化钾组合物中聚乙烯醇与氯化钾的质量比为1:0.85。
【具体参数】进一步地，将聚乙烯醇溶于水溶液中是将所述聚乙烯醇溶于水溶液中，在50-100℃条件下加热并搅拌0.5-4h，形成所述聚乙烯醇水溶液。
其中，在50-100℃条件下加热包括了该温度范围内的任一点值，例如加热条件为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、98℃或100℃。搅拌0.5-4h包括了该搅拌时间内的任一点值，例如搅拌时间为0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、2h、2.5h、2.8h、3h、3.5h或4h。
优选地，将聚乙烯醇溶于水溶液中是将所述聚乙烯醇溶于水溶液中，在85℃条件下加热并搅拌2h，形成所述聚乙烯醇水溶液。
【具体参数】进一步地，将氯化钾溶于水溶液中是将所述氯化钾溶于水溶液中，在50-100℃条件下加热并搅拌0.5-4h，形成所述氯化钾水溶液。
其中，在50-120℃条件下加热包括了该温度范围内的任一点值，例如加热条件为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、98℃或100℃。搅拌0.5-4h包括了该搅拌时间内的任一点值，例如搅拌时间为0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、2h、2.5h、2.8h、3h、3.5h或4h。
优选地，将氯化钾溶于水溶液中是将所述氯化钾溶于水溶液中，在80℃条件下加热并搅拌2h，形成所述氯化钾水溶液。
【具体参数】进一步地，对所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液进行真空烘干是在真空条件下，在40-80℃条件下，烘干0.5-4h。
其中，在40-80℃条件下烘干包括了该温度范围内的任一点值，例如烘干温度条件为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃。搅拌0.5-4h包括了该搅拌时间内的任一点值，例如搅拌时间为0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、2h、2.5h、2.8h、3h、3.5h或4h。
优选地，对所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液进行真空烘干是在真空条件下，在50℃条件下，烘干2h。
【增强导电物质】进一步地，所述电解质还包括增强导电物质，所述增强导电物质为聚合物、金属、高分子有机溶剂或小分子有机溶剂中的一种或几种的混合物。
优选地，所述增强导电物质为金属银颗粒。
【电池参数】进一步地，所述电池充满容量所需时间为2-15s，所述电池的容量为100-1000mAh/g。
其中，所述电池充满容量所需时间为2-15s是指该时间范围内的任一点值，例如所需时间为2s、4s、5s、6s、7s、8s、9s、10s、12s、14s或15s。
其中，所述电池的容量为100-500mAh/g是指该容量数值范围内的任一点值，例如容量为100mAh/g、150mAh/g、200mAh/g、250mAh/g、300mAh/g、350mAh/g、400mAh/g、450mAh/g、500mAh/g、600mAh/g、700mAh/g、800mAh/g、900mAh/g或1000mAh/g。
优选地，所述电池充满容量所需时间为3-8s，所述电池的容量为300-500mAh/g。
第二个方面：本发明还提供一种上述电池的制备方法，包括以下步骤：
S1.提供第一基底，在所述第一基底上形成第一活性材料层；提供第二基底，在所述第二基底上形成第二活性材料层；
S2.将电解质设置在所述第一活性材料层与所述第二活性材料层之间，形成所述电池；
其中，所述第一基底和所述第二基底中至少一基底采用透明导电材料，所述第一活性材料层与所述第二活性材料层中至少一活性材料层采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种的组合，且所述第一活性材料层与所述第二活性材料层具有电势差。
【S1具体】进一步地，所述S1步骤中，所述第一活性材料层是在所述基底上采用溶剂热法、溶胶凝胶法、浸渍溶胶法、电沉积法中的一种或几种方法的结合得到的，所述第二活性材料层是在所述基底上采用溶剂热法、溶胶凝胶法、浸渍溶胶法、电沉积法中的一种或几种方法的结合得到的。
【S2具体】进一步地，所述S2步骤为在所述第一活性材料层上形成电解质，再将第二活性材料层设置在所述电解质上，形成所述电池；或者在所述第二活性材料层上形成电解质，再将所述第一活性材料层设置在所述电解质上，形成所述电池。
【S2具体】进一步地，所述S2步骤中，所述电解质是通过涂抹、喷涂、提拉方法中的一种或几种方法的结合形成于所述第一活性材料层上或者形成于所述第二活性材料层上的。
【清洗、热处理】进一步地，在所述S1步骤之后，还包括以下步骤：对所述第一活性材料层和所述第二活性材料层分别进行清洗、热处理。
进一步地，所述清洗包括用丙酮、酒精和去离子水清洗。
进一步地，所述热处理是在保护气体的气氛中，分别对所述第一活性材料层和所述第二活性材料层进行升温加热、保温和冷却。
可选地，所述保护气体为氩气、氦气或氮气中的一种。
进一步地，所述升温加热的速率为5-30℃/min。其中，速率为5-30℃/min包括了该数值范围内任一点值，例如5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min或30℃/min。
进一步地，所述升温加热的时间为1-20min。其中，所述升温加热的时间为1-20min包括该数值范围内任一点值，例如1min、2min、5min、8min、10min、12min、15min、20min、25min或者30min。
进一步地，所述热处理中的保温时间为5-40min。其中，保温时间为5-40min包括该数值范围内任一点值，例如5min、10min、15min、20min、25min、30min、32min、35min、38min或40min。
【封装】进一步地，在所述S2步骤之后，还包括以下步骤：S3.对所述电池的边缘进行封装。
可选地，通过胶带或胶黏剂对所述电池的边缘进行封装。
优选地，通过环氧树脂胶黏剂对所述电池的边缘进行封装。
进一步地，所述第一活性材料层采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种的组合，，所述第二活性材料层采用导电无机材料、导电有机材料、导电金属、导电复合材料中的一种或几种的组合。
可选地，所述第一活性材料层采用W18O49，或者掺杂有Mo的WO3，或者TiO2，或者NiO，或者普鲁士蓝中的一种或几种的组合。
可选地，所述第二活性材料层采用W18O49，或者掺杂有Mo的WO3，或者TiO2，或者NiO，或者普鲁士蓝，或者金属铝中的一种或几种的组合。
【基底-具体】进一步地，所述第一基底采用透明导电材料，所述第二基底采用导电塑料、导电橡胶、导电纤维织物、导电涂料、导电胶粘剂、透明导电薄膜中的一种或几种的组合。
可选地，所述第一基底采用ITO材料、FTO材料、PET材料、碳纳米管或石墨烯中的一种或几种的组合。
可选地，所述第二基底采用ITO材料、FTO材料、PET材料、碳纳米管或石墨烯中的一种或几种的组合。
【电解质-具体】进一步地，所述电解质为固体电解质，所述固体电解质包括聚合物、有机盐、无机盐中的一种或几种的混合物。
可选地，所述固体电解质为聚合物-无机盐组合物。
进一步地，所述聚合物-无机盐组合物的制备方法包括以下步骤：
配制溶液：分别配制聚合物溶液和无机盐溶液；
混合溶液：将所述无机盐溶液与所述聚合物溶液混合，得到所述聚合物-无机盐组合物的混合溶液；
干燥：对所述混合溶液进行烘干，得到固体，所述固体为所述聚合物-无机盐组合物。
可选地，所述聚合物-无机盐组合物中的聚合物为聚乙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚氯乙烯或聚偏氟乙烯中的一种或几种的混合物。
可选地，所述聚合物-无机盐组合物中的无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙或氯化铝中的一种或几种的组合物。
优选地，所述固体电解质为聚乙烯醇-氯化钾组合物、聚乙烯醇-氯化钠组合物、聚乙烯醇-氯化镁组合物或聚乙烯醇-氯化铝组合物中的一种或几种的组合。
最优选地，所述固体电解质为聚乙烯醇-氯化钾组合物。
【电解质-制作方法】进一步地，所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的制备方法包括以下步骤：
将聚乙烯醇溶于水溶液中，形成聚乙烯醇水溶液；
将氯化钾溶于水溶液中，形成氯化钾水溶液；
将所述氯化钾水溶液加入到所述聚乙烯醇水溶液中形成聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液；
对所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液进行真空烘干，得到所述聚乙烯醇-氯化钾组合物，所述聚乙烯醇-氯化钾组合物中聚乙烯醇与氯化钾的质量比为1:0.5～1。
其中，聚乙烯醇与氯化钾的质量比为1:0.5～1包括了该比例范围内的任一点值，例如聚乙烯醇与氯化钾的质量比为1:0.5、1:0.6、1:0.65、1:0.7、1:0.75、1:0.8、1:0.85、1:0.9、1:0.95或1:1。
优选地，所述聚乙烯醇-氯化钾组合物中聚乙烯醇与氯化钾的质量比为1:0.85。
【具体参数】进一步地，将聚乙烯醇溶于水溶液中是将所述聚乙烯醇溶于水溶液中，在50-100℃条件下加热并搅拌0.5-4h，形成所述聚乙烯醇水溶液。
其中，在50-100℃条件下加热包括了该温度范围内的任一点值，例如加热条件为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、98℃或100℃。搅拌0.5-4h包括了该搅拌时间内的任一点值，例如搅拌时间为0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、2h、2.5h、2.8h、3h、3.5h或4h。
优选地，将聚乙烯醇溶于水溶液中是将所述聚乙烯醇溶于水溶液中，在85℃条件下加热并搅拌2h，形成所述聚乙烯醇水溶液。
【具体参数】进一步地，将氯化钾溶于水溶液中是将所述氯化钾溶于水溶液中，在50-100℃条件下加热并搅拌0.5-4h，形成所述氯化钾水溶液。
其中，在50-120℃条件下加热包括了该温度范围内的任一点值，例如加热条件为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、98℃或100℃。搅拌0.5-4h包括了该搅拌时间内的任一点值，例如搅拌时间为0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、2h、2.5h、2.8h、3h、3.5h或4h。
优选地，将氯化钾溶于水溶液中是将所述氯化钾溶于水溶液中，在80℃条件下加热并搅拌2h，形成所述氯化钾水溶液。
【具体参数】进一步地，对所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液进行真空烘干是在真空条件下，在40-80℃条件下，烘干0.5-4h。
其中，在40-80℃条件下烘干包括了该温度范围内的任一点值，例如烘干温度条件为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃。搅拌0.5-4h包括了该搅拌时间内的任一点值，例如搅拌时间为0.5h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、2h、2.5h、2.8h、3h、3.5h或4h。
优选地，对所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液进行真空烘干是在真空条件下，在50℃条件下，烘干2h。
【增强导电物质】进一步地，所述电解质还包括增强导电物质，所述增强导电物质为聚合物、金属、高分子有机溶剂或小分子有机溶剂中的一种或几种的混合物。
优选地，所述增强导电物质为金属银颗粒。
【电池参数】进一步地，所述电池充满容量所需时间为2-15s，所述电池的容量为100-1000mAh/g。
其中，所述电池充满容量所需时间为2-15s是指该时间范围内的任一点值，例如所需时间为2s、4s、5s、6s、7s、8s、9s、10s、12s、14s或15s。
其中，所述电池的容量为100-500mAh/g是指该容量数值范围内的任一点值，例如容量为100mAh/g、150mAh/g、200mAh/g、250mAh/g、300mAh/g、350mAh/g、400mAh/g、450mAh/g、500mAh/g、600mAh/g、700mAh/g、800mAh/g、900mAh/g或1000mAh/g。
优选地，所述电池充满容量所需时间为3-8s，所述电池的容量为300-500mAh/g。
第三个方面，本发明还提供一种上述电池的充电方法，所述充电方法为使用外部电源接入所述电池进行充电；或者将空气和/或氧化剂通入到所述电池中，使空气和/或所述氧化剂与所述电池中采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种组合的所述活性材料层接触，完成对所述电池的充电。
优选地，所述氧化剂为双氧水。
第四个方面，本发明还提供一种上述电池的应用，所述电池用于制成柔性纤维电池，穿戴于衣物上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、电池电量可视化。本发明通过在电池中设置电致变色材料，可将电池的电量变化反应在此类材料的颜色变化上，同时本发明还设置了透明的基底，因此可通过观察电池中电致变色材料的颜色变化来判断电池容量的高低，从而实现实时感知、监测和处理电池内部存储电量或电能的变化，以赋予电池更多的智能性和交互性。
2、实现电池快速、自充电，且可选择充电方式较多。本发明电池的活性材料可与空气或者与氧化剂进行反应，实现快速的电池自充电，由此摆脱了电池需要通过接入外部电源进行充电的麻烦与困扰。尤其是给本发明的电池加入微量的双氧水时，由于双氧水超强的氧化性，与第一活性材料接触后，电池瞬间被充满，比目前用外接电源给电池充电的时间要快1000多倍，从根本上解决了因充电时间长而带来的烦恼。另外，由于我们电池的特殊结构，又具有自充电和传统的电源充电功能，从而实现了充电的多途径化。
3、本发明电池兼具高容量与快速充电的优势。与之前报道的电池相比，本发明容量提高了4倍多，具有高容量，因此本发明的电池能够很好的解决传统电池中容量与充电时间的矛盾，提供一种既具有高容量又能够快速充电的电池。
4、相比传统的水相电解质，本发明电池中制备一种全固态的电解质，能够有效封装电池，使得电池更加安全可靠；且本发明电池可以制作成柔性纤维电池以及各种顾客喜欢的形状图案，可穿戴在衣服上，成为真正的随身电源。
附图说明
图1(a)是实施例1中电池制备方法的S1步骤下的状态图。
图1(b)是S1步骤下第二活性材料层设置在第二基底上的变形结构之一。
图2是实施例1中电池制备完成后的电池结构示意图。
图3是实施例1中电池充电时间的测试图。
图4是实施例1和实施例2中电池容量的测试图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，应当理解的是，这些具体实施方式仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定。
制备例：固体电解质——聚乙烯醇-氯化钾组合物的制备
取10g聚乙烯醇溶于10mL水溶液中，在85℃下加热，并搅拌2h，得到聚乙烯醇水溶液。
取8.5g氯化钾溶于8.5mL水溶液中，在80℃下加热，并搅拌2h，得到氯化钾水溶液。
将氯化钾水溶液加入到聚乙烯醇水溶液中，形成聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液。
对上述聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液在真空条件下、50℃下进行真空烘干，烘干时间为2h，得到聚乙烯醇-氯化钾组合物，即固体电解质。
实施例1
本实施例提供一种可根据颜色变换指示电池电量及能量存储状态的电池，其制备方法如下：
S1.如图1(a)所示，提供FTO薄膜(氟掺杂锡氧化物)作为第一基底1，采用溶剂热法在第一基底1上生长W18O49作为第一活性材料层2，通过Ar氛围退火；提供FTO薄膜第二基底3，在第二基底3上设置金属铝箔作为第二活性材料层4。可以理解的是，在本实施例中金属铝箔仅部分覆盖第二基底，然而当采用其他电致变色材料、导电复合材料作为第二活性材料层时，如图1(b)所示，也可在第二基底3上整面覆盖第二活性材料层4。
S2.如图2所示，在第一活性材料层2上涂抹电解质5，再将第二活性材料层4设置在电解质5上，使电解质5夹在第一活性材料层2与第二活性材料层4的中间，形成电池100。
S3.通过环氧树脂胶黏剂对S2步骤中制得的电池的边缘进行封装，将电池边缘全部密封。
在本实施例的电池中，由于采用W18O49作为电致变色材料，因此在该电池的放电过程中，可根据电致变色材料的颜色变化来判断电池电量的多少。具体地，在电池电量充足的情况下，为灯泡提供电源，此时电池的电致变色材料为无色透明状态。在电池电量不足或耗尽时，灯泡不亮，此时电池的电致变色材料为蓝色。
本实施例的电池可实现自充电，具体地，利用注射器将双氧水滴入到电池内部，利用双氧水的强氧化性对电池进行充电。具体地，当进行自充电时，电池电量逐渐增多，电致变色材料的蓝色逐渐变成无色透明。完成充电后，电池的电致变色材料又变回无色。
本实施例对于电池的电化学性能进行了测试，该电池的第一基底和第一活性材料层一侧(可理解为电池的正极)与第二基底和第二活性材料层一侧(可理解为电池的负极)之间的电化学活性区间为0-1V，采用双氧水进行充电所需时间为8s左右，具体如图3所示。采用双氧水进行三次循环充电，该电池的容量约为：350-420mAh/g，具体如图4所示。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于在电池的制备方法中，S3步骤仅对电池边缘进行部分密封。
本实施例的电池也可实现自充电，具体地，由于本实施例中仅对电池边缘进行部分密封，因此可利用空气与电池的接触实现对电池进行充电。利用空气对电池进行三次循环充电，该电池的容量约为：100mAh/g，具体如图4所示。
实施例3
本实施例提供一种可根据颜色变换指示电池电量及能量存储状态的电池，其制备方法如下：
S1.提供FTO薄膜作为第一基底，采用溶胶凝胶法在第一基底上形成掺杂有Mo的WO3作为第一活性材料层，并对第一活性材料层进行热处理以增加该层与第一基底的接触；提供PET薄膜第二基底，在第二基底上设置金属铝箔作为第二活性材料层。
其中，对第一活性材料层进行热处理具体是在Ar气氛中，以20℃/min的升温速率升温10min，然后保温30min，最后自然冷却至室温。
S2.在第一活性材料层上涂抹电解质，再将第二活性材料层设置在电解质上，使电解质夹在第一活性材料层与第二活性材料层的中间，形成电池。
S3.通过环氧树脂胶黏剂对S2步骤中制得的电池的边缘进行封装，将电池边缘全部密封。
在本实施例的电池中，WO3既是电致变色材料也是光致变色材料、热致变色材料，因此因此在该电池的放电过程中，可根据WO3的颜色变化来判断电池电量的多少。
本实施例的电池可实现自充电，具体地，利用注射器将双氧水滴入到电池内部，利用双氧水的强氧化性对电池进行充电。
本实施例的电池中，通过改变Mo的掺杂量，可以改变WO3的变色状态。例如Mo的掺杂量为0时，WO3随电池电量的降低逐渐由无色透明变为蓝色。当Mo的掺杂量逐渐增加时，在电池电量较充足时，WO3的颜色为灰色、墨绿色；在电池电量不足或耗尽时，WO3的颜色为黄褐色、深褐色。由此可见，在本发明中，可以通过改变WO3的结构组成，例如本实施所示的掺杂不同量的Mo，来丰富电池的颜色变化多样性。
实施例4
本实施例提供一种可根据颜色变换指示电池电量及能量存储状态的电池，其制备方法如下：
S1.提供FTO薄膜作为第一基底，采用浸渍溶胶法在第一基底上形成TiO2作为第一活性材料层，并对第一活性材料层进行热处理以增加该层与第一基底的接触；提供PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜第二基底，采用化学沉积方法在第二基底上形成NiO作为第二活性材料层。
其中，对第一活性材料层进行热处理具体是在Ar气氛中，以20℃/min的升温速率升温10min，然后保温30min，最后自然冷却至室温。
S2.在第一活性材料层上涂抹电解质，再将第二活性材料层设置在电解质上，使电解质夹在第一活性材料层与第二活性材料层的中间，形成电池。
S3.通过环氧树脂胶黏剂对S2步骤中制得的电池的边缘进行封装，将电池边缘全部密封。
在本实施例的电池中，由于采用TiO2和NiO作为电致变色材料，因此在该电池的放电过程中，可根据电致变色材料的颜色变化来判断电池电量的多少。
本实施例的电池可实现自充电，具体地，利用注射器将双氧水滴入到电池内部，利用双氧水的强氧化性对电池进行充电。
本实施例的电池中，由于TiO2和NiO均可根据电池电量的变化改变颜色，因此本实施例中的电池随电量的变化而产生的颜色变化也较丰富。具体地，当电池电量较充足的情况下，TiO2和NiO的颜色均为透明；当电池电量不足或耗尽的情况下，TiO2的颜色为蓝色、NiO的颜色为深棕色。
实施例5
本实施例提供一种可根据颜色变换指示电池电量及能量存储状态的电池，其制备方法如下：
S1.提供FTO薄膜作为第一基底，采用电沉积法在第一基底上形成普鲁士蓝作为第一活性材料层，并对第一活性材料层进行热处理以增加该层与第一基底的接触；提供FTO薄膜第二基底，在第二基底上设置金属铝箔作为第二活性材料层。
其中，对第一活性材料层进行热处理具体是在Ar气氛中，以20℃/min的升温速率升温10min，然后保温30min，最后自然冷却至室温。
S2.在第一活性材料层上涂抹电解质，再将第二活性材料层设置在电解质上，使电解质夹在第一活性材料层与第二活性材料层的中间，形成电池。
S3.通过环氧树脂胶黏剂对S2步骤中制得的电池的边缘进行封装，将电池边缘全部密封。
在本实施例的电池中，由于采用普鲁士蓝作为电致变色材料，因此在该电池的放电过程中，可根据电致变色材料的颜色变化来判断电池电量的多少。具体地，随着充电进行，电变色电池的颜色变化依次表现为：电池为透明色(0.8V)、蓝色(1.85V)、黄色(2.55V)。本实施例增加了电变色电池的颜色变化多样性。
本实施例的电池可实现自充电，具体地，利用注射器将双氧水滴入到电池内部，利用双氧水的强氧化性对电池进行充电。
此外，本实施例的电池可以用于制成柔性纤维电池，穿戴于衣物上。本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于：所述电池包括第一基底和依次设置在所述第一基底上的第一活性材料层、电解质、第二活性材料层、第二基底，所述第一基底和所述第二基底中至少一基底采用透明导电材料，所述第一活性材料层与所述第二活性材料层中至少一活性材料层采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种的组合，且所述第一活性材料层与所述第二活性材料层具有电势差。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述第一活性材料层采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种的组合，所述第二活性材料层采用导电无机材料、导电有机材料、导电金属、导电复合材料中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于：所述第一活性材料层采用W18O49、或者掺杂有Mo的WO3、或者TiO2、或者NiO、或者普鲁士蓝中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电解质为固体电解质，所述固体电解质包括聚合物、有机盐、无机盐中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于：所述固体电解质为聚乙烯醇-氯化钾组合物。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于：所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的制备方法包括以下步骤：
将聚乙烯醇溶于水溶液中，形成聚乙烯醇水溶液；将氯化钾溶于水溶液中，形成氯化钾水溶液；将所述氯化钾水溶液加入到所述聚乙烯醇水溶液中形成聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液；对所述聚乙烯醇-氯化钾组合物的混合溶液进行真空烘干，得到所述聚乙烯醇-氯化钾组合物，所述聚乙烯醇-氯化钾组合物中聚乙烯醇与氯化钾的质量比为1:(0.5-1)。
7.一种电池的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
S1.提供第一基底，在所述第一基底上形成第一活性材料层；提供第二基底，在所述第二基底上形成第二活性材料层；
S2.将电解质设置在所述第一活性材料层与所述第二活性材料层之间，形成所述电池；
其中，所述第一基底和所述第二基底中至少一基底采用透明导电材料，所述第一活性材料层与所述第二活性材料层中至少一活性材料层采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种的组合，且所述第一活性材料层与所述第二活性材料层具有电势差。
8.根据权利要求7所示的制备方法，其特征在于：在所述S2步骤之后，还包括以下步骤：S3.对所述电池的边缘进行封装。
9.一种电池的充电方法，所述电池为权利要求1-6任一项所述的电池，其特征在于：所述充电方法为使用外部电源接入所述电池进行充电；或者将空气和/或氧化剂通入到所述电池中，使空气和/或所述氧化剂与所述电池中采用电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料中的一种或几种组合的所述活性材料层接触，对所述电池进行充电。
10.一种电池的应用，所述电池为权利要求1-6任一项所述的电池，其特征在于：所述电池用于制成柔性纤维电池，穿戴于衣物上。
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