電池的制作方法

本發明屬于電化學儲能領域，具體涉及一種電池。

背景技術：

人類對新能源的廣泛運用，導致了二次電池市場的急速擴大。當前新能源體系中對二次電池的要求無處不在。無論是電動汽車，風能，太陽能并網還是電網調峰，都急需一種廉價，可靠，安全和壽命長的二次電池。目前所發展的二次電池主要集中在鋰離子電池，高溫鈉硫電池，鈉鎳氯電池和釩液流電池。這些電池都具有各自的優點，比如鋰離子電池和高溫鈉硫電池壽命長以及能量密度高，釩液流電池更是理論上具備無限的壽命等。但無論哪種電池，都無法同時滿足廉價，可靠，安全和壽命長的要求。傳統的鋰離子電池過于昂貴，且有安全隱患；高溫鈉硫電池制造技術門檻高，售價昂貴；釩液流電池多項技術瓶頸目前都未能獲得突破等。

為此很多研究者都致力于水系鋰離子電池的研究，希望以此大幅降低鋰離子電池的成本并提高安全性，并提出了一些以limn2o4為正極，釩的氧化物例如liv3o8等為負極、水為電解液的電池，但因此類負極在水中充放電的穩定性差以及釩具有一定的毒性，從而限制了此類電池的發展。截至目前，已經提出的水系鋰離子二次電池的結構都未能擺脫基于鋰離子脫出-嵌入原理的結構，比如已經有報道的vo2/limn2o4，liv3o8/lini0.81co0.19o2，tip2o7/limn2o4，liti2(po4)3/limn2o4，liv3o8/licoo2等。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種結構簡單、低成本、安全可靠及循環壽命較長的電池。

本發明提供了一種電池，包括殼體，設置于所述殼體中的正極、兩個負極、水系電解液和隔膜，所述正極包括復合集流體和正極活性物質，所述復合集流體包括正極集流體和包覆在所述正極集流體上的導電膜，所述復合集流體具有相對設置的第一面和第二面，所述正極活性物質設置在所述第一面和第二面上，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子；所述負極選自金屬、合金或碳基材料；所述水系電解液包括電解質，所述電解質至少能夠電離出活性離子，所述活性離子在充電時被還原沉積在所述負極形成負極活性物質，所述負極活性物質在放電時被氧化溶解在所述水系電解液中；所述隔膜保持所述水系電解液；所述正極和負極層疊排布于所述殼體中，所述正極置于所述兩個負極之間，所述兩個負極共用所述正極，所述隔膜位于所述正極和負極之間。

本發明還提供了一種電池，包括殼體，設置于所述殼體中的兩個正極、負極、水系電解液和隔膜，所述正極包括復合集流體和正極活性物質，所述復合集流體包括正極集流體和包覆在所述正極集流體上的導電膜，所述復合集流體具有相對設置的第一面和第二面，所述第一面與所述負極相對，至少所述第一面上設置有所述正極活性物質，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子；所述負極選自金屬、合金或碳基材料；所述水系電解液包括電解質，所述電解質至少能夠電離出活性離子，所述活性離子在充電時被還原沉積在所述負極形成負極活性物質，所述負極活性物質在放電時被氧化溶解在所述水系電解液中；所述隔膜保持所述水系電解液；所述正極和負極層疊排布于所述殼體中，所述負極置于所述兩個正極之間，所述兩個正極共用所述負極，所述隔膜位于所述正極和負極之間。

本發明還提供了一種電池，包括殼體，設置于所述殼體中的正極、負極、水系電解液和隔膜，所述正極包括復合集流體和正極活性物質，所述復合集流體包括正極集流體和包覆在所述正極集流體上的導電膜，所述復合集流體具有相對設置的兩面，其中，至少所述復合集流體與所述負極相對的一面上設置有正極活性物質，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子；所述電池包括n對所述正極和負極，n≥2，相鄰的兩個正極共用位于兩個正極之間的負極，相鄰的兩個負極共用位于兩個負極之間的正極；所述負極選自金屬、合金或碳基材料；所述水系電解液包括電解質，所述電解質至少能夠電離出活性離子，所述活性離子在充電時被還原沉積在所述負極形成負極活性物質，所述負極活性物質在放電時被氧化溶解在所述水系電解液中；所述隔膜保持所述水系電解液；所述正極、負極交替的層疊排列于所述殼體中，所述隔膜位于所述正極和負極之間。

本發明提供的電池可以很好的解決自放電問題，電池操作安全、制作方式簡單、循環性能優良并且壽命長久，同時可以根據使用需求設置具有不同輸出放電容量的電池，電池具有廣泛的用途。

優選的，所述殼體為方形。

優選的，所述正極、隔膜和負極形成平板狀。

優選的，所述正極、隔膜和負極卷繞成形。

優選的，所述殼體為圓柱筒形，所述正極、所述隔膜和所述負極以及所述殼體同軸排列。

優選的，所述正極、所述隔膜與所述負極通過卷繞形成圓柱形設置于所述殼體內。

優選的，所述導電膜的材料包括聚合物和導電填料。

優選的，所述聚合物選自聚乙烯，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、丁苯橡膠或氟樹脂中的至少一種。

優選的，所述導電填料選自導電聚合物、碳基材料或金屬氧化物。

優選的，所述導電膜的材料選自導電聚合物。

優選的，所述殼體設置為鋁塑膜。

優選的，所述殼體上設有補液口，所述補液口用于補充所述水系電解液。

優選的，所述電池還包括用于控制所述殼體內壓力的安全閥。

優選的，所述正極活性物質具有尖晶石結構、層狀結構或橄欖石結構。

優選的，所述正極集流體的材料選自玻璃碳、石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的一種，或ni、al、fe、cu、pb、ti、cr、mo、co、ag或經過鈍化處理的上述金屬中的一種，或不銹鋼、碳鋼、al合金、ni合金、ti合金、cu合金、co合金、ti-pt合金、pt-rh合金或經過鈍化處理的上述合金中的一種。

優選的，所述負極的材料選自金屬zn、ni、cu、ag、pb、sn、fe、al或經過鈍化處理的所述金屬中的至少一種，或含有上述金屬的合金中的至少一種，或石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的至少一種，或銅鍍錫，或黃銅。

優選的，所述活性離子包括金屬離子，金屬選自zn、fe、cr、cu、mn、ni、sn中的至少一種。

優選的，所述活性離子以鹽酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、硝酸鹽或甲酸鹽中的至少一種形式存在于所述水系電解液中。

本發明還提供了一種電池，包括殼體，設于所述殼體內的正引出電極、至少一個雙極性電極、負引出電極和水系電解液，所述正引出電極包括正極集流體和設置在所述正極集流體一面的正極活性物質，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子；所述雙極性電極設置在所述正引出電極和負引出電極之間，所述雙極性電極包括雙極性集流體和所述正極活性物質，所述雙極性集流體有相對設置的第一面和第二面，所述正極活性物質設置在所述雙極性集流體的第一面上；所述水系電解液包括電解質，所述電解質至少能夠電離出活性離子，所述活性離子在充電時被還原沉積在所述雙極性集流體的第二面形成負極活性物質，所述負極活性物質在放電時被氧化溶解在所述水系電解液中；所述負引出電極選自金屬、合金或碳基材料；所述水系電解液設置在所述正引出電極和負引出電極之間；所述正引出電極、雙極性電極和負引出電極層疊排布于所述殼體中。

本發明提供的一種電池操作安全、制作方式簡單、循環性能優良并且壽命長久，同時可以根據使用需求設置具有不同輸出電壓的電池，電池具有廣泛的用途。

優選的，所述殼體設置為方形。

優選的，所述正引出電極、所述雙極性電極和所述負引出電極形成平板狀。

優選的，所述電池還包括隔膜，所述隔膜保持所述水系電解液。

優選的，所述正極集流體上包覆有導電膜。

優選的，所述雙極性集流體的外周部設置有用于密封所述水系電解液的密封部。

優選的，所述雙極性集流體的材料包括導電塑料、不銹鋼或經過鈍化處理的不銹鋼。

優選的，所述導電塑料的材料選自導電聚合物。

優選的，所述導電塑料的材料包括聚合物和導電劑。

優選的，所述殼體設置為鋁塑膜。

優選的，所述殼體上設有補液口，所述補液口用于補充所述電解液。

優選的，所述電池還包括用于控制所述殼體內壓力的安全閥。

優選的，所述正極活性物質具有尖晶石結構、層狀結構或橄欖石結構。

優選的，所述正極集流體的材料選自玻璃碳、石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的一種，或ni、al、fe、cu、pb、ti、cr、mo、co、ag或經過鈍化處理的上述金屬中的一種，或不銹鋼、碳鋼、al合金、ni合金、ti合金、cu合金、co合金、ti-pt合金、pt-rh合金或經過鈍化處理的上述合金中的一種。

優選的，所述負引出電極的材料選自金屬zn、ni、cu、ag、pb、sn、fe、al或經過鈍化處理的所述金屬中的至少一種，或含有上述金屬的合金中的至少一種，或石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的至少一種，或銅鍍錫，或黃銅。

優選的，所述活性離子包括金屬離子，金屬選自zn、fe、cr、cu、mn、ni、sn中的至少一種。

優選的，所述活性離子以鹽酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、硝酸鹽或甲酸鹽中的至少一種形式存在于所述水系電解液中。

本發明還提供了一種電池，包括殼體，設于所述殼體內的正極、隔膜、負極和水系電解液，所述正極包括正極集流體和參與電化學反應的正極活性物質，所述正極活性物質包括能夠可逆脫出-嵌入離子的化合物；所述負極選自金屬、合金或碳基材料；所述水系電解液包括電解質，所述電解質至少能夠電離出活性離子，所述活性離子在充電時被還原沉積在所述負極形成負極活性物質，所述負極活性物質在放電時被氧化溶解在所述水系電解液中；所述正極、所述隔膜和所述負極層疊排布于所述殼體中，所述隔膜位于所述正極和所述負極之間。

本發明提供的電池，電池結構簡單、操作安全，生產成本低，具有可觀的使用壽命，適合作為大型儲能領域的儲能體系以及鉛酸電池的替代品。

優選的，所述殼體為方形。

優選的，所述正極、隔膜和負極形成平板狀。

優選的，所述正極、隔膜和負極卷繞成形。

優選的，所述殼體為鋁塑膜。

優選的，所述殼體上設有補液口，所述補液口用于補充所述水系電解液。

優選的，所述電池還包括用于控制所述殼體內壓力的安全閥。

優選的，所述正極活性物質具有尖晶石結構、層狀結構或橄欖石結構。

優選的，所述正極集流體的材料選自玻璃碳、石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的一種，或ni、al、fe、cu、pb、ti、cr、mo、co、ag或經過鈍化處理的上述金屬中的一種，或不銹鋼、碳鋼、al合金、ni合金、ti合金、cu合金、co合金、ti-pt合金、pt-rh合金或經過鈍化處理的上述合金中的一種。

優選的，所述負極的材料選自金屬zn、ni、cu、ag、pb、sn、fe、al或經過鈍化處理的所述金屬中的至少一種，或含有上述金屬的合金中的至少一種，或石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的至少一種，或銅鍍錫，或黃銅。

優選的，所述活性離子包括金屬離子，金屬選自zn、fe、cr、cu、mn、ni、sn中的至少一種。

優選的，所述活性離子以鹽酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、硝酸鹽或甲酸鹽中的至少一種形式存在于所述水系電解液中。

本發明還提供了電池，包括殼體，設于所述殼體內的正極、隔膜、負極和水系電解液，所述正極包括正極集流體和參與電化學反應的正極活性物質，所述正極活性物質包括能夠可逆脫出-嵌入離子的化合物；所述負極選自金屬、合金或碳基材料；所述水系電解液包括電解質，所述電解質至少能夠電離出活性離子，所述活性離子在充電時被還原沉積在所述負極形成負極活性物質，所述負極活性物質在放電時被氧化溶解在所述水系電解液中；所述正極、所述隔膜和所述負極層疊排布于所述殼體中，所述隔膜位于所述正極和所述負極之間。

本發明提供的電池，具有能量密度高，安全無毒，環保，容易回收且成本低廉，本發明中的電池作為新一代的綠色能源，非常適合作為大型儲能領域的儲能體系以及鉛酸電池的替代品。

優選的，所述殼體設置為圓柱筒形，所述正極、隔膜和所述負極以及所述殼體同軸排列。

優選的，所述正極、隔膜與負極通過卷繞形成圓柱形設置于所述殼體內。

優選的，所述負極和所述隔膜均為圓柱筒形，所述正極集流體為圓柱形，所述正極活性物質設置于所述隔膜與所述正極集流體之間。

優選的，所述電池還包括固定環，所述固定環固定所述正極集流體、所述隔膜、所述負極以及所述殼體；所述固定環的材質為聚氯乙烯，所述固定環為兩個，分別設置于所述殼體的兩端。

優選的，所述固定環包括上層環和下層環，所述上層環和所述下層環為一體成型，所述上層環固定所述正極集流體與所述隔膜，所述下層環固定所述隔膜與所述負極。

優選的，所述上層環的外徑與所述負極的內徑相同，所述上層環的內徑與所述正極集流體的直徑相同；所述下層環的外徑與所述隔膜的內徑相同，所述下層環的內徑與所述正極集流體的直徑相同。

優選的，所述殼體為鋁塑膜。

優選的，所述殼體上設有補液口，所述補液口用于補充所述水系電解液。

優選的，所述電池還包括用于控制所述殼體內壓力的安全閥。

優選的，所述正極活性物質具有尖晶石結構、層狀結構或橄欖石結構。

優選的，所述正極集流體的材料選自玻璃碳、石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的一種，或ni、al、fe、cu、pb、ti、cr、mo、co、ag或經過鈍化處理的上述金屬中的一種，或不銹鋼、碳鋼、al合金、ni合金、ti合金、cu合金、co合金、ti-pt合金、pt-rh合金或經過鈍化處理的上述合金中的一種。

優選的，所述負極的材料選自金屬zn、ni、cu、ag、pb、sn、fe、al或經過鈍化處理的所述金屬中的至少一種，或含有上述金屬的合金中的至少一種，或石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的至少一種，或銅鍍錫，或黃銅。

優選的，所述活性離子包括金屬離子，金屬選自zn、fe、cr、cu、mn、ni、sn中的至少一種。

優選的，所述活性離子以鹽酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、硝酸鹽或甲酸鹽中的至少一種形式存在于所述水系電解液中。

附圖說明

圖1是實施方式一提供的電池整體結構的剖面示意圖；

圖2是圖1中復合集流體的結構示意圖；

圖3是圖1中電芯的結構示意圖，其中，概略的示出了電池單元；

圖4是實施方式二提供的電池整體結構的剖面示意圖；

圖5是實施方式二提供的電池整體結構的剖面示意圖，其中，復合集流體相對設置的兩面上均設置有正極活性物質；

圖6是實施方式三提供的電池整體結構的剖面示意圖，其中，電池包括兩對正極和負極；

圖7是實施方式三提供的電芯的剖面示意圖，其中，位于最外層的正極復合集流體相對設置的兩面上均設置有正極活性物質；

圖8是實施方式三提供的電池整體結構的剖面示意圖，其中，正極和負極的對數大于2；

圖9是實施方式四提供的電池整體結構的剖面示意圖；

圖10是圖9中雙極性電極的結構示意圖；

圖11是圖9中電池結構的示意圖，其中，概略的示出了電池單元；

圖12是實施方式四提供的電池的充電原理示意圖；

圖13是實施方式五提供的電池整體結構的剖面示意圖；

圖14是圖13中電池結構示意圖，其中，概略的示出了電池單元；

圖15是實施方式六提供的電池整體結構的剖面示意圖；

圖16是實施方式七提供的電池整體結構的剖面示意圖；

圖17是實施方式八提供的電池的結構示意圖；

圖18是實施方式八提供的電池的結構示意圖，隔膜以z字型折疊；

圖19是圖18中電池的展開狀態示意圖；

圖20是實施方式八提供的電池的結構示意圖，其中，電池卷繞成形；

圖21是實施方式九中電池的結構拆分示意圖；

圖22是圖21中中電池中固定環的結構示意圖；

圖23為實施例1提供的電池充放電循環性能圖。

其中：

1.電池2，72.正極4，74，160.負極

6，78.水系電解液8.復合集流體10，82.正極活性物質

12，80，152.正極集流體14.導電膜16，76，156.隔膜

20.電池單元22，70.殼體24，84.蓋體

26，86.密封帽28，88.安全閥81.第一面

82.第二面30，40，50.電池100.電池

52.雙極性電極54.正引出電極56.雙極性集流體

61.第一面62.第二面58.負引出電極

60.密封部64，68.電池單元90.平面

110，120，130.電池140，150.電池92.弧形部

94.正極卷繞終止端96.負極卷繞終止端154.固定環

158.正極活性物質162.上層環164.下層環

具體實施方式

本發明提供的電池具有較高的能量密度，穩定的循環性能，在如手機、筆記本電腦等便攜式電子產品，電動汽車，電動工具等領域具有可觀的應用前景。

【具有內部并聯結構的電池】

一種電池，電池具有內部并聯結構。下面結合附圖以及具體實施方式來闡述具有內部并聯結構的電池。

實施方式一

請參閱圖1所示，一種電池1，包括殼體22，設置于殼體22中的正極2、兩個負極4、水系電解液6和隔膜16。正極2和負極4層疊排布于殼體中22，正極2置于兩個負極4之間，兩個負極4共用正極2，隔膜16位于正極2和負極4之間，隔膜16保持水系電解液6。

殼體22可設置為金屬、塑料或金屬與塑料的復合膜，如鋼、鋁、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)、聚丙烯(pp)、尼龍或鋁塑膜等。優選的，殼體22設置為鋁塑膜，從而使得殼體較薄，減少電池重量的同時，也增加了電池內部的空間。鋁塑膜包括一層鋁片和設置于鋁片一側的塑料片。優選的，鋁塑膜包括一層鋁片和設置于鋁片兩側的第一層塑料片和第二層塑料片。

殼體22可以設置為方形。

具體的，按照負極4、隔膜16、正極2、隔膜16和負極4的次序層疊排布形成平板狀，置于殼體22中，如圖1所示。從而，電池1可設計為方形電池，如長方體或正方體。該電池結構簡單、方便制造、成本簡單。

另外，按照負極4、隔膜16、正極2、隔膜16和負極4的次序層疊排布形成平板狀，然后卷繞成形，從而形成平板狀電芯。優選的，正極2、隔膜16和負極4均設置為長條狀。根據電池設計需要卷繞成不同的圈數。

殼體還可以設置為圓柱筒形(未圖示)。

具體的，按照負極4、隔膜16、正極2、隔膜16和負極4的次序層疊排布形成平板狀，然后通過卷繞形成圓柱形電芯設置于殼體內，正極2、隔膜16、負極4和殼體同軸排列。從而，電池可設計為圓柱形電池，電池結構簡單，方便制造。

具體到實施方式一中，電池還包括與殼體22相連接的蓋體24，正極2延伸穿出蓋體24，正極2延伸穿出蓋體24的端部設有密封帽26。密封帽26需要具有較好的導電性和化學穩定性。另外，密封帽26還可防止水系電解液從正極2穿出的孔蒸發，從而減少水系電解液6的消耗。正極2與外電路相連接。

負極4也延伸穿出蓋體24，從而與外電路連接。同樣，負極4延伸穿出蓋體24的端部設有密封帽(未圖示)。

另外，電池1在充電過程中，尤其是快接近充電后期時，由于水系電解液6的分解，會產生氫、氧氣體，電池殼體內的壓力也會上升，當壓力上升到一定值，電池殼體22會發生變形。因此，電池1還包括用于控制殼體22內壓力的安全閥28。當電池的殼體22內的壓力到達預設的開閥壓時，安全閥28打開，將壓力釋放，防止殼體22變形，從而提高了電池1的壽命和安全性。

另外，當殼體22內的壓力到達預設的閉閥壓時，安全閥28閉合，防止內部氣體向外泄露。同時，也防止外部空氣進入殼體22內造成不良影響。且還可以防止析出的氫氣遇明火時產生回火，從而引爆殼體22內部氣體。

殼體22上還可設置有用于補充水系電解液6的補液口(未圖示)。這樣，當水系電解液消耗時，可通過補液口注入電解液。

優選的，補液口為安裝安全閥28處的安裝孔(未圖示)。

正極2設置在兩個負極4之間，正極2與負極4之間設置有水系電解液6，正極2包括復合集流體8和正極活性物質10，復合集流體8具有相對設置的第一面81和第二面82，正極活性物質10設置在第一面81和第二面82上，如圖2所示。

正極2的制作方式沒有特別限制，正極活性物質10可以是通過涂覆的方式附著于復合集流體8上，例如將正極活性物質10制成漿料，然后通過拉漿法涂覆在復合集流體8上；還可以通過層疊的方式將正極活性物質10附著于復合集流體8上，例如將按預定大小成型的復合集流體8和正極活性物質10進行壓制，使正極活性物質10與復合集流體8之間電接觸良好，形成正極2。正極活性物質10的涂覆密度范圍為100-1000g/m²。

具體的，正極活性物質10具有尖晶石結構、層狀結構或橄欖石結構。

具體的，正極活性物質10能夠可逆脫出-嵌入鋰離子、鈉離子或鎂離子。

正極活性物質10可以是符合通式li1+xmnymzok的能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的尖晶石結構的化合物，其中，-1≤x≤0.5，1≤y≤2.5，0≤z≤0.5，3≤k≤6，m選自na、li、co、mg、ti、cr、v、zn、zr、si、al、ni中的至少一種。優選的，正極活性物質含有limn2o4。更優選的，正極活性物質含有經過摻雜或包覆改性的limn2o4。

正極活性物質10可以是符合通式li1+xmym′zm″co2+n的能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的層狀結構的化合物，其中，-1<x≤0.5，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤c≤1，-0.2≤n≤0.2，m，m′，m″分別選自ni、mn、co、mg、ti、cr、v、zn、zr、si或al的中至少一種。優選的，正極活性物質含有licoo2。

正極活性物質10可以是符合通式lixm1-ym′y(xo4)n的能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的橄欖石結構的化合物，其中，0<x≤2，0≤y≤0.6，1≤n≤1.5，m選自fe、mn、v或co，m′選自mg、ti、cr、v或al的中至少一種，x選自s、p或si中的至少一種。優選的，正極活性物質含有lifepo4。

目前鋰電池工業中，幾乎所有正極活性物質都會經過摻雜、包覆等改性處理。但摻雜，包覆改性等手段造成材料的化學通式表達復雜，如limn2o4已經不能夠代表目前廣泛使用的“錳酸鋰”的通式，而應該以通式li1+xmnymzok為準，廣泛地包括經過各種改性的limn2o4正極活性物質。同樣的，lifepo4以及licoo2也應該廣泛地理解為包括經過各種摻雜、包覆等改性的，通式分別符合lixm1-ym′y(xo4)n和li1+xmym′zm″co2+n的正極活性物質。

正極活性物質10為鋰離子脫出-嵌入化合物時，可以選用如limn2o4、lifepo4、licoo2、limxpo4、limxsioy(其中m為一種變價金屬)等化合物。

此外，可脫出-嵌入鈉離子的化合物navpo4f，可脫出-嵌入鎂離子的化合物mgmxoy(其中m為一種金屬，0.5<x<3，2<y<6)以及具有類似功能，能夠脫出-嵌入離子或官能團的化合物都可以作為本發明電池的正極活性物質，因此，本發明并不局限于鋰離子電池。

在具體的實施方式中，在制備正極時，還會在正極漿料中添加粘結劑，粘結劑有利于使正極活性物質10均勻的粘結在一起。粘結劑在正極漿料中固含量的重量百分比范圍為0.5-10％。具體的，粘結劑選自但不僅限于聚合物，聚合物選自聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)、羧甲基纖維素鈉(cmc)、羧甲基纖維素鈉衍生物(cmcderivation)、丁苯橡膠(sbr)、丁苯橡膠衍生物(sbrderivation)中的至少一種。丁苯橡膠衍生物如通過化學修飾獲得的具有親水性的丁苯橡膠(psbr100)。

在具體的實施方式中，在制備正極時，還會在正極漿料中添加導電劑，導電劑主要起到提高正極活性物質10的導電子能力，導電劑在正極漿料中固含量的重量百分比范圍為0.5-30％。導電劑包括選自導電聚合物、碳納米管、活性碳、石墨烯、碳黑、石墨、碳纖維、導電陶瓷中的至少一種。碳黑包括但不僅限于乙炔黑、科琴碳黑(ketjenblack，kb)以及super-p碳黑。導電劑還可以包括金屬氧化物。金屬氧化物包括但不僅限于氧化鉛和氧化錫。

圖2為復合集流體8的概略示意圖，復合集流體8包括正極集流體12和包覆在正極集流體12上的導電膜14。

包覆在正極集流體12上的導電膜14必須滿足在水系電解液中可以穩定存在、不溶于電解液、不發生溶脹、高電壓不能被氧化、易于加工成致密、不透水并且導電的膜。一方面，導電膜對正極集流體可以起到保護作用，避免水系電解液對正極集流體的腐蝕。另一方面，有利于降低正極活性物質與正極集流體之間的接觸內阻，提高電池的能量。

為了有效的發揮導電膜14的作用，導電膜14的厚度需要有效的控制。導電膜14厚度太薄容易破損，厚度均一性也不好，并且水系電解液6容易穿透；導電膜14太厚則影響導電能力。優選的，導電膜14的厚度為10μm-2mm，導電膜14不僅能夠有效的起到保護正極集流體12的作用，而且有利于降低正極活性物質10與正極集流體12之間的接觸內阻。

正極集流體12具有相對設置的第一面和第二面，優選的，正極集流體12的第一面和第二面均包覆有導電膜14。

導電膜14可以通過粘結劑粘接、熱壓復合或抽真空的方法包覆在正極集流體12上，示例的，將正極集流體12置于兩片導電膜14之間，通過加熱復合，使導電膜14包覆正極集流體12，并保證導電膜14比正極集流體12多出的部分密封完好。

導電膜14包含作為必要組分的聚合物，聚合物占導電膜的重量比重為50-95％，優選的，聚合物選自熱塑性聚合物。為了使導電膜能夠導電，有兩種可行的形式：(1)聚合物為導電聚合物；(2)導電膜還包含導電填料。

導電聚合物選材要求為具有導電性能但電化學惰性，即不會作為電荷轉移介質的離子導電。具體的，導電聚合物包括但不僅限于聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚、聚苯胺、聚丙烯腈、聚喹啉、聚對苯撐(polyparaphenylene)及其任意混合物。導電聚合物本身就具有導電性，但還可以對導電聚合物進行摻雜或改性以進一步提高其導電能力。從導電性能和電池中的穩定使用考量，導電聚合物優選聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚乙炔。

同樣的，導電填料的選材要求為表面積小、難于氧化、結晶度高、具有導電性但電化學惰性，即不會作為電荷轉移介質的離子導電。

導電填料的材料包括但不僅限于導電聚合物、碳基材料或金屬氧化物。導電填料在導電膜中的質量百分比范圍為5-50％。導電填料的平均粒徑并沒有特別限定，通常范圍在100nm到100μm。

優選的，導電填料為碳基材料，碳基材料的形態或機械性能沒有特別要求，示例的，碳基材料選自石墨、碳納米管或無定形碳中的一種。無定形碳包括但不僅限于活性炭和碳黑。碳基材料優選碳黑和石墨，其具有大電位窗口，從而對較寬范圍的正負極電勢穩定并具有高的導電性。金屬氧化物包括但不僅限于氧化鉛、氧化錫。

當導電膜中包含導電填料時，導電膜中的聚合物優選包含起到結合導電填料作用的非導電聚合物，非導電聚合物增強了導電填料的結合，改善了電池的可靠性。優選的，非導電聚合物為熱塑性聚合物。

具體的，熱塑性聚合物包括但不僅限于聚烯烴如聚乙烯、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、丁苯橡膠或聚偏氟乙烯中的一種或多種。其中，優選為聚烯烴、聚酰胺和聚偏氟乙烯。這些聚合物容易通過熱而熔化，因此容易與正極集流體和正極片復合在一起。此外，這些聚合物具有大電位窗口，從而使正極穩定并為電池輸出密度節省重量。

具體的，可以通過制備含有熱塑性聚合物的漿料并涂布和固化漿料來形成導電膜。當然，導電填料可以額外的包含于漿料中，具體的，將聚合物和導電填料以一定的復合方式如分散復合、層級復合進行加工獲得具有導電性能的導電膜。優選的，將聚合物單體和導電填料混合，由于聚合物單體為小分子，導電填料能夠很好的分散在聚合物單體中，然后在引發劑的作用下使聚合物單體發生聚合，制備導電膜。

正極集流體12主要是作為電子傳導和收集的載體，不參與電化學反應，即在電池1工作電壓范圍內，正極集流體12能夠穩定的存在于水系電解液6中，從而保證電池1具有穩定的循環性能。正極集流體12需要滿足表面積大、機械性能好、導電性能好等要求。正極集流體12的材料包括碳基材料、金屬或合金中的一種。

碳基材料選自玻璃碳、石墨箔、石墨片、泡沫碳、碳氈、碳布、碳纖維中的一種。在具體的實施方式中，正極集流體為石墨，如商業化的石墨壓制的箔，其中石墨所占的重量比例范圍為90-100％。

金屬包括ni、al、fe、cu、pb、ti、cr、mo、co、ag或經過鈍化處理的上述金屬中的一種。在具體的實施方式中，正極集流體12為泡沫鎳。含有泡沫鎳的復合集流體，在水系電解液6中不易被腐蝕，從而使得含有這種復合集流體8的正極2性能更加穩定。

將金屬進行鈍化處理的主要目的是使金屬的表面形成一層鈍化膜，從而在電池充放電過程中，能起到穩定的收集和傳導電子的作用，而不會參與正極反應，保證電池性能。

合金包括不銹鋼、碳鋼、al合金、ni合金、ti合金、cu合金、co合金、ti-pt合金、pt-rh合金或經過鈍化處理的上述金屬中的一種。

不銹鋼包括不銹鋼網、不銹鋼箔，不銹鋼的型號包括但不僅限于不銹鋼304或者不銹鋼316或者不銹鋼316l中的一種。

同樣的，將不銹鋼進行鈍化處理也是使其能夠穩定的起到收集和傳導電子的作用，而不會參與電極反應，保證電池性能。在具體實施方式中，鈍化不銹鋼的具體過程為：在50℃下，將不銹鋼置入20％的硝酸中半小時，使不銹鋼表面形成一層鈍化膜。鈍化后的不銹鋼作為集流體使用。

正極集流體12的厚度對正極2的電化學性能有一定影響，正極集流體12的厚度太薄，會影響正極集流體12的機械強度；正極集流體12的厚度太厚，會增加正極2的重量，從而影響正極2的能量密度，在本發明中，為了使電池具有高的能量密度輸出，優選的，正極集流體12的厚度為10μm-100μm。

優選的，在使用正極集流體12之前，正極集流體12經過鈍化、沖孔、打磨或弱酸腐蝕處理，經過處理的正極集流體12具有較大的比表面積，有利于提高正極集流體12和導電膜14的復合程度，從而降低正極活性物質10和復合集流體8之間的接觸內阻。

在本發明中，正極2采用復合集流體8，即在正極集流體12的表面包覆導電膜14，導電膜14采用具有優異導電性能的聚合物或復合聚合物，一方面，導電膜14能夠進一步提高正極集流體12的導電子能力，從而提高電池大倍率性能；另一方面，包覆在正極集流體12上的導電膜14，避免了正極集流體12與水系電解液6直接接觸，解決了水系電解液6對正極集流體12潛在的腐蝕問題，保證正極集流體12的穩定性，解決電池1可能的自放電問題，從而使電池1具有穩定的循環性能。

負極4選自金屬、合金或碳基材料，負極集流體的厚度范圍為20至500μm。

具體的，負極4選自金屬zn、ni、cu、ag、pb、sn、fe、al或經過鈍化處理的金屬中的至少一種，或含有上述金屬的合金中的至少一種，或石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的至少一種，或銅鍍錫，或黃銅。

在一個負極4的實施方式中，負極4僅包括負極集流體，負極集流體作為電子傳導和收集的載體，不參與電化學反應。負極集流體的材料選自但不僅限于金屬cu、ag、pb、sn、fe、al或經過鈍化處理的上述金屬中的至少一種，或者碳基材料，或者不銹鋼。其中，碳基材料包括石墨材料，比如商業化的石墨壓制的箔，其中石墨所占的重量比例范圍為90-100％。不銹鋼材料包括但不僅限于不銹鋼304或者不銹鋼316或者不銹鋼316l。

負極4還可以選自含有析氫電位高的鍍/涂層的金屬，從而降低負極副反應的發生。鍍/涂層選自含有c、sn、in、ag、pb、co、zn的單質，合金，或者氧化物中至少一種。鍍/涂層的厚度范圍為1-1000nm。例如：在銅的負極集流體表面鍍上鉛或銀，或者以涂覆的形式覆蓋一層碳。

在另一個負極4的實施方式中，負極4僅包括負極集流體，但是負極集流體的選材與電解液中活性離子的對應，即負極集流體的材料為活性離子的單質，如電解液中活性離子為zn²⁺，負極4對應為金屬zn。此時，負極4不僅是作為活性離子的沉積載體，同時也可以參與電池反應。

在另一個負極4的實施方式中，負極4包括負極集流體和負極活性物質，負極活性物質的選材與電解液中活性離子的對應，即負極活性物質的材料為活性離子的單質，如電解液中活性離子為zn²⁺，負極活性物質對應為金屬zn。示例的，負極4包括黃銅箔和鋅箔，黃銅箔作為負極集流體，鋅箔對應負極活性物質，可參與負極4反應。

水系電解液6包括電解質，電解質至少能夠電離出活性離子，活性離子在充電時被還原沉積在負極4形成負極活性物質(未圖示)，負極活性物質在放電時被氧化溶解在水系電解液6中。

活性離子包括金屬離子，金屬選自zn、fe、cr、cu、mn、ni、sn中的至少一種。在優選的實施方式中，活性離子為zn²⁺。活性離子的濃度范圍為0.5-15mol/l。

更優選的，水系電解液6中還包括一種電解質，這種電解質可以電離出對應在正極能夠發生可逆脫出-嵌入的離子。

水系電解液6中含有能夠可逆脫出-嵌入的離子，從而可以提高正極活性物質10與水系電解液6中離子交換速度。具體的，正極活性物質10為能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的化合物，電解質中對應的還包括能夠電離出鋰離子的鋰鹽。可逆脫出-嵌入的離子包括鋰離子或鈉離子或鎂離子，可逆脫出-嵌入的離子在水系電解液中的濃度范圍為0.1-10mol/l。

活性離子以鹽酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、硝酸鹽或甲酸鹽中的至少一種形式存在于水系電解液中。

為了保證電池容量，水系電解液6中的活性離子的濃度必須達到一定范圍，當水系電解液過堿時，會影響電解液中活性離子的溶解度；當水系電解液過酸時，則會出現電極材料腐蝕和充放電過程中質子共嵌入等問題，因此，水系電解液的ph值范圍為3-7。

隔膜16設置在正極2與負極4之間，一方面，隔膜16防止電池1短路；另一方面，隔膜16可以保持水系電解液6，具體的，將負極4、隔膜16、正極2、隔膜16和負極4層疊排列好后，將其置于殼體22，注入一定量的水系電解液6后封裝，隔膜16浸泡在水系電解液6中，即隔膜16中吸收了水系電解液6，保證了正極2和負極4之間的離子傳導路徑；除此之外，也可以先將隔膜16浸泡在水系電解液6中，然后再將吸收了水系電解液6的隔膜16放置在正極2和負極4之間。

隔膜16可以使用多孔隔膜、無紡織布或玻璃纖維。多孔隔膜包括但不僅限于聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)，聚酰亞胺中的一種，或pe-pp、pp-pe-pp的疊層隔膜。無紡織布包括但不僅限于人造絲、醋酸纖維、尼龍。水系電解液在隔膜中的含浸量可以在隔膜的保持能力范圍內，也可以超過保持范圍，因為電池1設置有殼體，可以防止水系電解液6泄漏。

請參閱圖1和圖3所示，正極2層疊地設置在負極4之間，負極4共用正極2，電子從正極集流體12和負極4導出或導入，電池1相當于2個電池單元20內部并聯，在每個電池單元20中都有正極2、負極4、水系電解液6和隔膜16，隔膜16保持水系電解液6。在本發明提供的電池結構中，由于電池單元20之間是并聯的，水系電解液6可以在任意電池單元20中穿梭而不會造成電池單元20短路，電池1能夠正常、穩定的工作。

本發明提供的電池的充放電原理為：在一個電池單元20中，充電時，能夠可逆脫出-嵌入離子的正極活性物質10中脫出該離子，同時水系電解液6中的活性離子在負極4得到電子被還原，并沉積在負極4上，形成負極活性物質。放電過程則為充電的逆過程。

本發明中，正極2采用復合集流體8，包覆在正極集流體12上的導電膜14相當于保護膜，可以有效的防止水系電解液6對正極集流體12的腐蝕，改善電池1自放電的影響。除此之外，相對于現有技術中以獨立電池單元并聯構成的電池，本發明中巧妙的僅采用一個正極2構成具有并聯結構的電池1，兩個負極4共用一個正極2，充分的利用了復合集流體8的第一面81和第二面82，并在第一面81和第二面82上同時設置正極活性物質10，不僅節約了正極材料，而且使電池1結構更加緊湊，減輕了電池1的重量，因此本發明中的電池1具有優異的能量密度和功率密度。除此之外，本發明中的電池1采用水系電解液6，相對于目前商業化的采用有機系電解液的鋰離子電池更加安全、環保。

本發明中的電池制備工藝簡單，可以通過層疊的方式制備電池，具體的，負極、浸有水系電解液的隔膜、正極和負極依次層疊排布置于殼體中，然后對其進行封裝即可。電池1相當于2個電池單元20并聯形成，電池單元20與電池單元20之間不用特別設置密封部件，具有這種內部并聯結構的電池1能夠正常、穩定的工作，具有優異的充放電性能，并且電池1能夠輸出更高的容量，電池1應用廣泛。

實施方式二

請參閱圖4所示，實施方式二提供了一種電池30，包括殼體22，設置于殼體22中的兩個正極2、負極4、水系電解液6和隔膜。正極2和負極4層疊排布于殼體22中，負極4設置在兩個正極2之間，兩個正極2共用負極4，負極4與正極2之間設置有隔膜，隔膜保持水系電解液。

正極2包括復合集流體8和正極活性物質10，復合集流體8包括正極集流體12和包覆在正極集流體上的導電膜14。復合集流體8具有相對設置的第一面81和第二面82，第一面81與負極4相對，正極活性物質10至少設置在第一面81上，當然，沒有特別限定的，正極活性物質10也可以同時設置在第二面82上，如圖5所示。負極4選自金屬、合金或碳基材料；水系電解液包括電解質，電解質至少能夠電離出活性離子，活性離子在充電時被還原沉積在負極4形成負極活性物質(未圖示)，負極活性物質在放電時被氧化溶解在水系電解液6中。

正極活性物質10、復合集流體8、負極和水系電解液6在實施方式一中已經介紹，這里就不再重復。

同樣的，導電膜14一方面可以進一步提高正極集流體12的導電能力，另一面導電膜14主要隔絕正極集流體12與水系電解液6的接觸，從而避免水系電解液6對正極集流體12的腐蝕，保證正極集流體12的穩定性。

殼體22可以設置成方形或圓柱筒形，對應的，電池30可設計為方形電池或圓柱形電池。

具體的，正極2、隔膜16、負極4、隔膜16和正極2層疊排布形成平板狀，置于殼體22中，如圖4所示。從而，電池30可設計為方形電池，如長方體或正方體。該電池結構簡單、方便制造、成本簡單。

另外，正極2、隔膜16、負極4、隔膜16和正極2層疊排布形成平板狀，然后卷繞成形，從而形成平板狀電芯。優選的，正極2、隔膜16和負極4均設置為長條狀。根據電池設計需要卷繞成不同的圈數。

殼體22還可以設置為圓柱筒形。

具體的，正極2、隔膜16、負極4、隔膜16和正極2層疊排布形成平板狀，然后通過卷繞形成圓柱形電芯設置于殼體22內，正極2、隔膜16、負極4和殼體22同軸排列。從而，電池可設計為圓柱形電池，電池結構簡單，方便制造。

實施方式二中電池30其余構成同實施方式一，這里不再一一贅述。

實施方式一、二中的電池都是相當于兩個電池單元并聯，區別是，實施方式一中的電池1是兩個負極4共用一個正極2，而實施方式二中的電池30是兩個正極2共用一個負極4，因此，本發明提供的電池具有靈活的選擇，在實際制造電池時，可以結合制作工藝、正負極的重量、材料成本等因素，選擇制作如實施方式一或二中所示結構的電池，使最終獲得的電池更具有成本和性能優勢。

本發明中的電池，正極采用復合集流體，即采用具有導電膜包覆的正極集流體，導電膜作為正極集流體的保護膜，防止水系電解液對正極集流體的腐蝕，改善了電池潛在的自放電問題，電池具有穩定的循環性能。電池具有內部并聯結構，相比于現有技術中的并聯結構電池，本發明中的電池更加節省材料并且結構緊湊、輕便，使得本發明中的電池在能量密度和體積上具有明顯的優勢；其次，電池采用水系電解液，水系電解液具有相對更高的離子傳導率，改善了電池的倍率性能；電池使用安全、環保并且制作工藝簡單，在制備過程中，可以根據使用需求制備具有不同輸出容量的電池，電池用途廣泛，具有產業化應用前景。

實施方式三

請參閱圖6所示，一種電池40，包括殼體22，設置于殼體22中的正極2、負極4、水系電解液6和隔膜。

電池包括n對正極2和負極4，n≥2，正極2、負極4交替設置，相鄰的兩個正極2共用位于兩個正極2之間的負極4，相鄰的兩個負極4共用位于兩個負極4之間的正極2。具體到圖6中，電池300包括兩對正極2和負極4，相鄰的兩個正極2共用位于兩個正極2之間的負極4，相鄰的兩個負極4共用位于兩個負極4之間的正極2。

正極2包括復合集流體8和正極活性物質10，復合集流體8包括正極集流體12和包覆在正極集流體12上的導電膜14，復合集流體8具有相對設置的兩面，其中，至少復合集流體8與負極4相對的一面上設置有正極活性物質10，正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子。

具體的，請參閱圖6所示，正極復合集流體8具有相對設置的兩面，當正極2位于兩個負極4之間時，復合集流體8相對設置的兩面均與負極4相對，因此復合集流體8相對設置的兩面上均需設置正極活性物質10；而對于位于最外層的正極2，復合集流體8僅有一面與負極4相對，因此至少復合集流體8與負極4相對的一面上設置正極活性物質10，復合集流體8與負極4相背的一面沒有特別限定，可以根據實際制作工藝選擇性的設置正極活性物質，圖7中概略的示出了位于最外層正極中，與負極相背的復合集流體的一面上也設置有正極活性物質10。

負極4選自金屬、合金或碳基材料；水系電解液包括電解質，電解質至少能夠電離出活性離子，活性離子在充電時被還原沉積在負極4形成負極活性物質(未圖示)，負極活性物質在放電時被氧化溶解在水系電解液6中。實施方式三中正極的選材以及制作方法，負極和水系電解液同實施方式一，這里不再重復介紹。

圖6中示出的電池40含有兩對正極和負極，相當于3個電池單元(未示出)并聯，但是在實際制作電池時，本發明提供的電池結構可以容易的根據使用需求來增加正極、或負極、或正極和負極，例如在電池40最外層的正極處疊加負極、或依次疊加負極和正極，或者在電池40最外層的負極處疊加正極、或依次疊加正極和負極，疊加的正極和負極交替排列。正極和負極的個數根據使用需求確定，如圖8所示，雖然電池50總的輸出電壓沒變，但是電池50具有更高的容量，電池結構靈活，用途廣泛，具有產業化應用前景。

在含有中性水系電解液的電池體系中，很難找到同時滿足既有一定機械性能、優良的導電性能，又能在中性水系電解液中穩定存在的正極集流體，因此水系電池的商業化進程一直停滯不前。本發明提供的電池正好能夠解決這一問題，電池的正極采用復合集流體，復合集流體采用導電膜包覆的正極集流體，導電膜一方面可以提高正極集流體的導電性能，更重要的是對正極集流體起到保護作用，隔絕中性水系電解液對正極集流體的腐蝕，使正極集流體在放電過程中可以穩定的收集并導出電子，從而保證電池具有穩定的循環性能，本發明提供的電池具有很好的商業化前景。

【雙極性電池】

本發明還提供了一種電池，具體的，電池為水系雙極性電池。下面通過具體的實施方式來介紹水系雙極性電池。

實施方式四

請參閱圖9和圖10所示，一種電池100，包括殼體(未圖示)，設于殼體內的正引出電極54、至少一個雙極性電極52、負引出電極58和水系電解液6。正引出電極54、雙極性電極52和負引出電極58層疊排布于殼體內，正引出電極54和負引出電極58分別位于最上層和最下層，雙極性電極52和水系電解液6設置在正引出電極54和負引出電極58之間。具體到圖9中，電池100包括兩個雙極性電極52。

殼體可以設置為方形。具體的，正引出電極54、雙極性電極52和負引出電極58層疊排布形成平板狀，置于殼體中。從而，電池100可設計為方形電池，如長方體或正方體。該電池100結構簡單、方便制造、成本簡單。

殼體的選材同設置同實施方式一，同樣的，實施方式四中電池100還包括與殼體相連接的蓋體(未圖示)，正引出電極54和負引出電極58延伸穿出蓋體，與外電路連接，并且正引出電極54和負引出電極58延伸穿出蓋體的端部設有密封帽，密封帽可以防止水系電解液從正引出電極54和負引出電極58穿出的孔蒸發，從而減少水系電解液6的消耗。

同樣的，電池100還包括安全閥和設置在殼體上的補液口(未圖示)，安全閥和補液口的設置參照實施方式一，這里就不再重復介紹。

正引出電極54包括正極集流體12和設置在正極集流體12一面的正極活性物質10，正極活性物質10能夠可逆脫出-嵌入離子。在實施方式一中已經介紹了正極活性物質10和正極集流體12，這里就不再重復介紹。

圖10為構成電池100的雙極性電極52的概略剖面圖，雙極性電極52包括雙極性集流體56和正極活性物質10，雙極性集流體56有相對設置的第一面61和第二面62，正極活性物質10設置在雙極性集流體56的第一面61上。雙極性集流體56的第一面61和第二面62極性相反，第一面61相當于正極，而第二面62相當于負極。

雙極性電極52的制作方式沒有特別限制，正極活性物質10可以是通過涂覆的方式附著于雙極性集流體56上，例如將正極活性物質10制成漿料，然后通過拉漿法涂覆在雙極性集流體56上；也可以在壓制成型的正極活性物質10上涂覆雙極性集流體56；還可以通過層疊的方式將正極活性物質10附著于雙極性集流體56上，例如將按預定大小成型的雙極性集流體56和正極活性物質10進行壓制，使正極活性物質10與雙極性集流體56之間電接觸良好，形成雙極性電極52。正極活性物質10的厚度范圍為100-400μm。雙極性電極52中的正極活性物質10和正引出電極54中的正極活性物質10具體可參照實施方式一中正極活性物質。

雙極性集流體56的材料可以是導電塑料，優選的，雙極性集流體56的厚度范圍為50至100μm。

導電塑料的材料選自導電聚合物，具體的，導電聚合物包括但不僅限于聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚、聚苯胺、聚喹啉或聚對苯撐中的至少一種。導電聚合物本身就具有導電性，但還可以對導電聚合物進行摻雜或改性以進一步提高其導電能力。

導電塑料還可以是復合型的導電塑料，復合型導電塑料以聚合物為主要基質，并在其中摻入導電劑配制而成，這里，聚合物本身是否導電沒有特別限制，復合型的導電塑料的導電能力主要是靠導電劑實現。具體的，導電塑料包括聚合物和導電劑，聚合物包括但不僅限于聚乙烯，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、丁苯橡膠或氟樹脂中的至少一種。具體的，聚合物可以是氟樹脂中的聚四氟乙烯，還可以是共聚物，如聚四氟乙烯(ptfe)和丁苯橡膠(sbr)的共聚物。

導電劑包括碳基材料、金屬或金屬氧化物。導電劑在導電塑料中的質量百分比范圍為10-90％。

碳基材料選自石墨、碳納米管或無定形碳中的一種。無定形碳包括但不僅限于活性炭和碳黑。

金屬的形式不限，可以是金屬粉、金屬薄片、金屬絲條、金屬纖維。金屬氧化物包括但不僅限于氧化鉛、氧化錫。

具體的，將聚合物和導電劑以一定的復合方式如分散復合、層級復合進行加工獲得的具有導電性能的塑料。

雙極性集流體56的材料還可以是不銹鋼或經過鈍化處理的不銹鋼，不銹鋼的機械性能優于導電塑料，因此，當使用不銹鋼作為雙極性集流體56時，雙極性集流體56的厚度可以更薄，具體的，雙極性集流體56的厚度范圍為20-100μm。

不銹鋼鈍化處理的方法沒有限制，可以是物理方法鈍化、化學方法鈍化或電化學方法鈍化。鈍化的目的是為了提高雙極性集流體56與水系電解液6的相容性，從而減少副反應的發生，使電池具有穩定的循環性能。

本發明中，對于構成雙極性電極52的雙極性集流體56的機械性能要求不高，即可以采用重量較輕的導電塑料或厚度較薄的不銹鋼作為雙極性集流體56，電池100整體重量得到降低，因此電池100的能量密度得到顯著提高。

負引出電極58選自選自金屬、合金或碳基材料。

具體的，負引出電極58選自金屬zn、ni、cu、ag、pb、sn、fe、al或經過鈍化處理的金屬中的至少一種，或含有上述金屬的合金中的至少一種，或石墨箔、石墨片、碳布、碳氈、碳纖維中的至少一種，或銅鍍錫，或黃銅。

負引出電極58還可以選自含有析氫電位高的鍍/涂層的金屬，從而降低負極副反應的發生。鍍/涂層選自含有c、sn、in、ag、pb、co、zn的單質，合金，或者氧化物中至少一種。鍍/涂層的厚度范圍為1-1000nm。例如：在銅的負引出電極58表面鍍上鉛或銀，或者以涂覆的形式覆蓋一層碳。正極集流體12和負引出電極58的厚度范圍為1-10mm。

負引出電極58同實施方式一中的負極4，即負引出電極58可以僅作為電子收集和傳導的基體不參與電極反應，或負引出電極58包括負極集流體和負極活性物質，如負引出電極58為黃銅箔和鋅箔，鋅箔與負極活性物質一致。

水系電解液6設置在正引出電極54和負引出電極58之間，正引出電極54、雙極性電極52和負引出電極58層疊設置，當電池100中雙極性電極52為一個時，正引出電極54和相鄰的雙極性電極52之間、雙極性電極52和相鄰的負引出電極58之間均設置有水系電解液6。當電池100中雙極性電極52不止一個時，正引出電極54和相鄰的雙極性電極52之間、相鄰的雙極性電極52之間、雙極性電極52和相鄰的負引出電極58之間均設置有水系電解液6。

水系電解液6包括電解質，電解質至少能夠電離出活性離子，活性離子在充電時被還原沉積在雙極性集流體56的第二面形成負極活性物質，負極活性物質在放電時被氧化溶解在水系電解液6中，活性離子以鹽酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽、硝酸鹽或甲酸鹽中的至少一種形式存在于水系電解液6中。

水系電解液6和活性離子在實施方式一中已經介紹，這里就不再贅述。

優選的，水系電解液6中還包括與正極活性物質10能夠可逆脫出-嵌入離子相對應的離子，離子包括鋰離子、鈉離子或鎂離子中的至少一種。具體的，如正極活性物質10能夠可逆脫出-嵌入鋰離子時，那么水系電解液6中對應的還含有鋰離子，這樣，可以提高正極活性物質10與水系電解液6中的離子交換速度，提高電池100的大倍率充放電性能。

實施方式四中的電池100還包括隔膜16，隔膜16設置在正引出電極54與相鄰的雙極性電極52之間、雙極性電極52與相鄰的負引出電極58之間，實施方式四中電池100包括兩個雙極性電極52，因此，在相鄰的雙極性電極52之間也設置有隔膜16。一方面，隔膜16用于保持水系電解液6，另一方面隔膜16防止電池100短路。

隔膜16可以使用多孔隔膜、無紡織布或玻璃纖維。多孔隔膜包括但不僅限于聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)，聚酰亞胺中的一種，或pe-pp、pp-pe-pp的疊層隔膜。無紡織布包括但不僅限于人造絲、醋酸纖維、尼龍。水系電解液6在隔膜16中的含浸量可以在隔膜16的保持能力范圍內，也可以超過保持范圍，因為電池100設置有密封部60，可以防止水系電解液6泄漏。

雙極性集流體56的外周部設置有用于密封水系電解液6的密封部60，沒有特別限定的，密封部60可以采用密封圈，密封圈的形狀優選為矩形，密封圈的選材只要是在電池100的使用環境下可以實現優異的密封效果即可。

沒有特別限定的，密封部60的材料為橡膠，橡膠選自但不僅限于硅類橡膠、氟類橡膠、烯烴類橡膠、腈類橡膠中的一種，其中，烯烴類橡膠包括但不僅限于丁苯橡膠(sbr)，氯丁橡膠(cr)。這些密封用的橡膠類樹脂具有良好的密封性(液密性)、耐酸堿性、耐藥品性、耐久性、耐候性和耐熱性，并且可以在電池100的使用環境下長期保持這些優異的性能而不會劣化，因此可以有效地防止水系電解液6從電池100中滲出，從而防止由于水系電解液6的泄漏而引起的電池100短路，保證電池100的循環穩定性能。

此外，只要是可以有效的實現本發明的作用效果的，如具有耐酸性和密封性的各種橡膠均可作為本發明密封部60的材料。

沒有特別限制的，當密封部60采用密封圈時，隔膜16的面積小于密封圈的包圍面積，并且密封圈的高度不小于隔膜16和正極活性物質10的厚度之和，在組裝電池時，將浸有水系電解液6的隔膜16放置在密封圈的圈內，隔膜16不參與密封，這樣可以避免因采用多孔隔膜而可能造成的水系電解液6的泄露。當然，隔膜16的面積也可以大于設置在雙極性電極52外周部的密封部60的包圍面積，只要隔膜16與密封部60最終一體成型，不會導致水系電解液6泄露就行。

請參閱圖11所示，雙極性電極52層疊地設置在正引出電極54和負引出電極58之間，電子僅從正引出電極54和負引出電極58導出或導入，電池100相當于3個電池單元64內部串聯，在每個電池單元64中都有正極、負極、水系電解液和隔膜，水系電解液6通過密封部60密封，避免由于水系電解液6的泄露而造成的電池單元64之間的短路，從而保證電池100的正常工作。

例如，其中一個電池單元64包括正極集流體12、正極活性物質10、隔膜16、水系電解液6、密封部60和作為負極的雙極性集流體56的第二面62。密封部60用于密封每個電池單元64中的水系電解液6，以避免因水系電解液6的泄露而造成電池100的短路。圖11中示出的電池100僅包括二個雙極性電極52，但實際上可以很容易的根據使用需求來設置電池100中雙極性電極52的個數，從而制備具有不同輸出電壓的電池以及具有高輸出電壓的電池，本發明提供的電池具有廣泛的用途。

本發明中的電池制備工藝簡單，可以通過層疊的方式制備電池，具體的，在負引出電極上層疊地放置矩形密封圈，密封圈與負引出電極的外周部貼合，然后在密封圈的圈內放置浸有水系電解液的隔膜，再依次層疊雙極性電極和正引出電極，正引出電極和雙極性電極中的正極活性物質同時朝向負引出電極放置，水系電解液通過密封圈密封。雙極性電極的個數決定電池最后的輸出電壓，因此，可以根據使用需求來設置雙極性電極的個數，電池具有廣泛的用途。

請參照圖12所示，本發明提供的電池100的充放電原理為：在一個電池單元64中，充電時，能夠可逆脫出-嵌入離子的正極活性物質10中脫出該離子，同時水系電解液6中的活性離子在雙極性集流體56的第二面62得到電子被還原，并沉積在第二面62上，形成負極活性物質。在含有負引出電極58的電池單元64中，活性離子在負引出電極58上得到電子被還原，沉積在負引出電極58上。放電過程則為充電的逆過程。

本發明中，構成電池100的雙極性電極52僅在雙極性集流體56的第一面61設置正極活性物質10，而雙極性集流體56的第二面62則相當于負極，為活性離子得電子還原-沉積提供載體，活性離子存在于水系電解液6中，相對于現有技術中在雙極性集流體56的第一面61和第二面62均設置正極活性物質10，本發明中的電池100結構更加緊湊，電池100具有優異的能量密度和功率密度。除此之外，本發明中的電池100采用水系電解液6，相對于目前商業化的采用有機系電解液的鋰離子電池更加安全、環保。

本發明中的電池100，相當于若干個電池單元64串聯形成，每一個電池單元64都通過密封部60得到很好的密封，從而防止由于水系電解液6的泄漏而引起的短路。另外，本發明的電池即使不設置特殊的防漏部件或絕緣部件，也可防止電池單元間的短路，從而提供具有優異離子傳導率、充放電性能的雙極性電池。除此之外，可以根據使用需求設置不同數量的雙極性電極52，從而制備具有不同輸出電壓的電池100，電池100用途非常廣泛。

實施方式五

請參閱圖13所示，實施方式五提供了一種電池110，電池110包括殼體(未示出)，設于殼體內的正引出電極54、至少一個雙極性電極52、負引出電極58和水系電解液6。雙極性電極52層疊的設置在正引出電極54和負引出電極58之間，正引出電極54和負引出電極58分別位于最上層和最下層。

正引出電極54包括正極集流體12和設置在正極集流體12一面的正極活性物質10，與實施方式五的區別是，正極集流體12包覆有導電膜14。

導電膜14可以通過粘結劑粘接、熱壓復合或真空覆膜的方法包覆在正極集流體12的一面，然后再在導電膜14上設置正極活性物質10，導電膜14的厚度為0.01-0.2mm。具體到圖13中，正極集流體12的兩面上均包覆有導電膜14。

導電膜14的材料在實施方式一中已經詳細介紹，這里就不再重復。

一方面，采用導電聚合物或含有導電劑的復合物作為導電膜14能夠提高正極集流體12的導電子能力；另一方面，包覆在正極集流體上的導電膜14，避免了正極集流體12與水系電解液6直接接觸，解決了水系電解液6對正極集流體12潛在的腐蝕問題，保證正極集流體12的穩定性，改善電池110可能的自放電問題，從而使電池110具有穩定的循環性能。

請參閱圖14所示，電池單元68通過密封部60密封，密封部60設置在雙極性集流體56的外周部，用于密封水系電解液6。

實施方式五中電池110其余構成以及組裝方式同實施方式四，這里不再一一贅述。

實施方式五中提供的電池，采用導電膜包覆的正極集流體，杜絕了水系電解液對正極集流體潛在的腐蝕問題，使電池除了具有高輸出電壓、安全、環保等特點之外，進一步提高了電池的循環穩定性能。

實施方式六

請參閱圖15所示，實施方式六提供了一種電池120，電池120包括殼體(未示出)，設于殼體內的正引出電極54、至少一個雙極性電極52、負引出電極58和水系電解液6。雙極性電極52層疊的設置在正引出電極54和負引出電極58之間，正引出電極54和負引出電極58分別位于最上層和最下層。與實施方式四的區別是，電池120不包括隔膜。

同樣的，電池單元(未示出)通過密封部60密封，密封部60設置在雙極性集流體56的外周部，用于密封水系電解液6。示例的，密封部60可以采用密封圈，密封圈的高度大于正極活性物質10的厚度，通過具有一定高度的密封圈，使得正引出電極54與相鄰的雙極性電極52的雙極性集流體56之間和雙極性電極52的雙極性集流體56與相鄰的負引出電極58之間保持一定距離，以避免電池120短路。當電池120中雙極性電極52的個數不止一個時、相鄰的雙極性電極52的雙極性集流體56與雙極性集流體56之間同樣設置有密封部60。

制備實施方式六中的電池時，可以先將按預定規格制備好的正引出電極54、雙極性電極52和負引出電極58進行排列并密封。具體的，正引出電極54和雙極性電極52上的正極活性物質10同時朝向負引出電極58排列，密封部60可以采用具有高出正極活性物質10厚度的橡膠材料如密封圈，將密封圈設置在雙極性集流體56的外周部，最后通過注射的方式注入水系電解液6；密封部60還可以采用熱塑性橡膠材料，在初步密封時，可以僅在雙極性集流體56三邊的外周部設置熱塑性橡膠材料，保留一邊開口，將正引出電極54、雙極性電極52和負引出電極58排列好后，通過加熱或加熱加壓使橡膠固化成型，再通過未密封的一邊處注入預定量的水系電解液6，最后再將所有電池單元完全密封。

實施方式六中電池120其余構成以及組裝方式同實施方式四，這里不再一一贅述。

實施方式六中的電池120沒有采用隔膜，電池120不僅能夠給正常、持續的工作，而且由于重量更輕，因此電池120具有更優異的能量密度和比功率。另外，在制備電池120時，可以很容易的形成密封部60，防止由于水系電解液6的泄漏而引起的短路。電池120即使不設置特殊的防漏部件，即可防止電池單元間的短路，電池120具有具有優異的循環性能以及循環壽命。

實施方式七

請參閱圖16所示，實施方式七提供了一種電池130，電池130包括殼體(未示出)，設于殼體內的正引出電極54、至少一個雙極性電極52、負引出電極58和水系電解液6。雙極性電極52層疊的設置在正引出電極54和負引出電極58之間，正引出電極54和負引出電極58分別位于最上層和最下層。

正引出電極54包括正極集流體12和設置在正極集流體12一面的正極活性物質10，與實施方式六的區別是，正極集流體12包覆有導電膜14。

導電膜14的選材、成型方式同實施方式一，這里就不再一一贅述。

實施方式七中的電池130，包覆在正極集流體12上的導電膜14隔絕了正極集流體12與水系電解液6的接觸，提高了正極集流體12的穩定，從而保證電池130具有穩定的循環性能。沒有使用隔膜的電池130重量更加輕便，在便于使用者攜帶的同時，提供優異的性能。

本發明中的電池，雙極性電極中的雙極性集流體可以采用導電塑料或厚度較薄的不銹鋼，在保證電池正常工作的同時，電池的重量更加輕便，使得本發明中的電池在能量密度和體積上具有明顯的優勢；其次，電池采用水系電解液，水系電解液具有相對更高的離子傳導率，改善了電池的倍率性能；電池使用安全、環保并且制作工藝簡單，在制備過程中，可以根據使用需求制備具有不同輸出電壓的電池，電池用途廣泛，具有產業化應用前景。

本發明中提供含有雙極性電極的電池，僅在雙極性電極的一面涂覆正極活性物質，雙極性電極同涂有正極活性物質相對的一面上在電池首次充放電前沒有負極活性材料，負極的活性離子存在于水系電解液中，在對電池進行充電時，沉積在雙極性電極未涂覆正極活性物質的一面，電池具有優異的循環性能。同時，電池采用的是水系電解液，相對于采用有機系電解液的鋰離子電池，本發明中的電池更加安全、環保。除此之外，通過設置雙極性電極的個數可以制備具有不同輸出電壓、具有高輸出電壓的電池，電池用途廣泛并且制備工藝簡單，電池具有商業化應用潛力。

【板式結構電池】

本發明還提供了一種電池，電池具有板式結構。

實施方式八

如圖17所示，一種電池140，電池140包括殼體70，設于殼體70內的正極72、負極74、隔膜76和水系電解液78。且隔膜76設置于正極72和負極74之間。

正極72包括正極集流體80和參與電化學反應的正極活性物質82，正極活性物質82包括能夠可逆脫出-嵌入離子的化合物；負極74選自金屬、合金或碳基材料；水系電解液78包括電解質，電解質至少能夠電離出活性離子，活性離子在充電時被還原沉積在負極74形成負極活性物質，負極活性物質在放電時被氧化溶解在水系電解液78中。

正極72、負極74、水系電解液78和隔膜76同實施方式一，這里就不再重復介紹。

正極72、隔膜76和負極74形成平板狀，且隔膜76位于正極72和負極74之間。相應的，殼體70設置為方形。從而，電池可設計為方形電池，如長方體或正方體。該電池結構簡單、方便制造、成本簡單。

電池140設計為層疊式。正極72、隔膜76和負極74層疊排布形成平板狀，且隔膜76位于正極72和負極74之間。相應的，殼體70也設置為方形。

具體到圖17中，正極72設置為4個，負極74設置為5個，最靠近殼體70的為負極74。

電池還可設置為包括若干獨立的電池單元，獨立的電池單元包括獨立的正極、隔膜和負極。其中電池單元以并聯方式連接。獨立的電池單元可設置為2～10組。當然，也可根據不同需要把獨立的電池單元設置成不同組數，如12組或以上等。另外，獨立的電池單元也可根據需要以串聯方式連接。

殼體70可設置為金屬、塑料或金屬與塑料的復合膜，如鋼、鋁、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)、聚丙烯(pp)、尼龍或鋁塑膜等。優選的，殼體70設置為鋁塑膜，從而使得殼體較薄。減少電池重量的同時，也增加了電池內部的空間。鋁塑膜包括一層鋁片和第一層塑料片。優選的，鋁塑膜還包括相對于第一層塑料片設置于上述鋁片另一側的第二層塑料片。

電池還包括與殼體70相連接的蓋體84，正極集流體80延伸穿出蓋體84，正極集流體80延伸穿出蓋體84的端部設有密封帽86。密封帽86需要具有較好的導電性和化學穩定性。另外，密封帽86還可防止水系電解液78從正極集流體80穿出的孔蒸發，從而減少水系電解液78的消耗。正極72與外電路相連接。

負極74也延伸穿出蓋體84，從而與外電路連接。同樣，負極74延伸穿出蓋體24的端部設有密封帽(未圖示)。

另外，電池在充電過程中，尤其是快接近充電后期時，由于充電電流將水分解，會釋放出大量氫、氧氣體。隨著產生的氫氣和氧氣越來越多，電池殼體內的壓力也在不斷上升，當壓力上升到一定值，電池殼體會發生變形。因此，電池還包括用于控制殼體70內壓力的安全閥88。當電池的殼體70內的壓力到達預設的開閥壓時，安全閥88打開，將壓力釋放，防止殼體變形，從而提高了電池的壽命和安全性。

另外，當殼體70內的壓力到達預設的閉閥壓時，安全閥88閉合，防止內部氣體向外泄露。同時，也防止外部空氣進入殼體70內造成不良影響。且還可以防止析出的氫氣遇明火時產生回火，從而引爆殼體70內部氣體。

殼體70上還可設置有用于補充水系電解液78的補液口(未圖示)。這樣，當水系電解液78較少時，可通過補液口注入水系電解液78。

優選的，補液口為安裝安全閥88處的安裝孔(未圖示)。

請參閱圖18和19所示，電池為層疊式。具體的，隔膜76為整體式的帶狀結構，且隔膜76以z字型折疊。正極72和負極74層疊排布于隔膜76的疊縫處。此時，隔膜76位于正極72和負極74之間，從而使正極72和負極74之間彼此絕緣。

正極72、隔膜76和負極74同樣被壓制成方形平板狀。相應的，殼體70也設置為方形，如長方體或正方體，從而，電池可設計為方形電池。

請參閱20所示，電池為卷繞式，電池包括正極72、負極74和隔膜76。正極72、隔膜76和負極74卷繞成形，從而形成平板狀電芯，且隔膜76位于正極72和負極74之間。相應的，殼體70也設置為方形，如長方體或正方體，從而，本實施例中的電池可設計為方形電池。

優選的，正極72、隔膜76和負極74均設置為長條狀。可根據需要卷繞成不同的圈數。

具體的，平板狀電芯包括相對的兩平面90，連接上述兩平面90且相對設置的兩弧形部92。正極卷繞終止端94和負極卷繞終止端96中的至少一個位于平板狀電芯的弧形部92處。

優選的，正極卷繞終止端94和負極卷繞終止端96分別位于平板狀電芯相對設置的兩弧形部92處。

優選的，正極卷繞終止端94和負極卷繞終止端96位于平板狀電芯的同一弧形部92處。

當電池在充放電過程中，極片厚度會膨脹，從而導致平板狀電芯整體厚度增加。而把正極卷繞終止端94和負極卷繞終止端96設置在弧形部92處，由于弧形部92與殼體70之間留有空間，該空間為平板狀電芯的膨脹起到了緩沖作用。從而使得不會在弧形部92處產生較大的應力集中，進而避免了弧形部92處出現明顯的褶皺，有效減少了可逆脫出-嵌入的離子的結晶。

圖20中，平板狀電芯的卷繞方法為，從內圈開始，隔膜76卷繞為兩層，且兩層隔膜76相互貼合，根據設計要求，當兩層隔膜76貼合一定長度后再卷繞第二圈，此時從內圈開始，依次為兩層隔膜76，負極74，卷繞到第二圈的隔膜76，正極72，卷繞到第二圈的隔膜76，然后繼續卷繞負極74，隔膜76，正極72，隔膜76到所設計的圈數即可。當然，如本領域技術人員所知，還有其它的卷繞方法，只要保證正極和負極絕緣即可。

本發明提供的一種電池，具有能量密度高(可達鋰離子電池的60％-80％)，功率密度大(可望達到鋰離子電池的200％，甚至更高)，易于制造，完全無毒，環保，容易回收且成本低廉(同樣容量的電池，可望達到鉛酸電池的60％，鋰離子電池的20％，甚至更低)等特點，并且具有很好的循環性能，在具體實施方式中，電池在循環4000周后容量仍維持在90％以上。因此，本發明中的電池作為新一代的綠色能源，非常適合作為大型儲能領域的儲能體系以及鉛酸電池的替代品。

【柱式結構電池】

本發明還提供了一種電池，電池具有圓柱式結構。

實施方式九

一種電池，電池包括殼體，設于殼體內的正極、負極、隔膜和水系電解液，隔膜設置于正極和負極之間。

正極包括正極集流體和參與電化學反應的正極活性物質，正極活性物質包括能夠可逆脫出-嵌入離子的化合物；負極選自金屬、合金或碳基材料；水系電解液包括電解質，電解質至少能夠電離出活性離子，活性離子在充電時被還原沉積在負極形成負極活性物質，負極活性物質在放電時被氧化溶解在水系電解液中。

正極集流體、正極活性物質、負極、水系電解液和隔膜同實施方式一，這里就不再一一贅述。

同樣的，負極的設置同實施方式一，即負極包括負極集流體，此時負極可以僅作為電子收集和傳導的基體不參與電極反應；或負極包括負極集流體和負極活性物質，如負極為黃銅箔和鋅箔，鋅箔與負極活性物質一致。

殼體設置為圓柱筒形，正極、隔膜、負極以及殼體同軸排列。

具體的，電池中的正極、隔膜與負極可通過卷繞形成圓柱形電芯設置于殼體內。

請參閱圖21和22所示，電池150的負極160和隔膜156均為圓柱筒形，正極集流體152為圓柱形，正極活性物質158設置于隔膜156與正極集流體152之間。電池150還包括固定環154，固定環154固定正極集流體152、隔膜156、負極160以及殼體(未示出)。固定環154的材質為聚氯乙烯，固定環154為兩個，分別設置于殼體的兩端。固定環154包括上層環162和下層環164，上層環162和下層環164為一體成型，上層環162固定正極集流體152與隔膜156，下層環164固定隔膜156與負極160。上層環162的外徑與負極160的內徑相同，上層環162的內徑與正極集流體152的直徑相同；下層環164的外徑與隔膜156的內徑相同，下層環164的內徑與正極集流體152的直徑相同。

在正極集流體152為圓柱形的實施方式中，具體的，如圖21和圖22中所示：一種電池150，包括正極集流體152、正極活性物質158、隔膜156、負極160、水系電解液(圖中未示出)、固定環154和殼體；正極集流體152與正極活性物質158、隔膜156、負極160以及殼體同軸排列；負極160和隔膜156均為圓柱筒形；正極活性物質158設置于正極集流體152與隔膜156之間；隔膜156設置于正極活性物質158與負極160之間；負極160設置于隔膜156與殼體之間；水系電解液設置于殼體內；固定環154設置于殼體的一端，固定環154固定正極集流體152與隔膜156以及負極160；優選的，正極集流體152為石墨棒。

具體的，固定環154的材質為聚氯乙烯，固定環154為兩個，分別設置于電池中殼體的兩端，一個設置于電池的頂端，另一個設置于電池的底端。如圖22中所示：固定環154包括上層環162和下層環164，上層環162和下層環164為一體成型，上層環162固定正極集流體152與隔膜156，下層環164固定隔膜156與負極160。上層環162的外徑與負極160的內徑相同，上層環162的內徑與正極集流體152的直徑相同；下層環164的外徑與隔膜156的內徑相同，下層環164的內徑與正極集流體152的直徑相同。

在正極集流體為圓柱形的實施方式中，電池還包括正極導電劑，正極導電劑與正極活性物質158混合均勻后一起設置于正極集流體152與隔膜156之間。具體的，先將圓柱形正極集流體152、圓柱筒形隔膜156以及設置于電池底端的固定環154組裝好，正極導電劑、正極活性物質158和溶劑一起混合均勻形成正極漿料，再將正極漿料倒入隔膜156與正極集流體152組成的間隙中，干燥，即在正極集流體152與隔膜156之間形成正極導電劑與正極活性物質158。正極導電劑選自導電聚合物、活性碳、石墨烯、碳黑、碳纖維、金屬纖維、金屬粉末、以及金屬薄片中的一種或多種。溶劑選自去離子水或乙醇。

在正極集流體為圓柱形的實施方式中，圓柱筒形的負極160可以是先形成圓柱筒形的負極集流體，將圓柱形正極集流體152、圓柱筒形的隔膜156、圓柱筒形的負極集流體以及設置于電池底端的固定環固定后，再將負極活性物質加入到圓柱筒形的隔膜156與圓柱筒形的負極集流體之間得到；也可以是先將負極活性物質通過涂覆、電鍍或濺射的方法形成于負極集流體上后，再形成圓柱筒形的負極160。

本發明提供的電池，具有能量密度高，功率密度大，易于制造，安全無毒，環保，容易回收且成本低廉等特點，并且電池具有很好的循環性能，因此，本發明中的電池作為新一代的綠色能源，非常適合作為大型儲能領域的儲能體系以及鉛酸電池的替代品。

本發明中的重量、體積百分比中的單位是本領域技術人員所熟知的，例如體積百分比是指在100毫升的溶液中溶質的重量。除非另行定義，文中所使用的所有專業與科學用語與本領域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用于本發明方法中。文中所述的較佳實施方法與材料僅作示范之用。

下面結合實施例，更具體地說明本發明的內容。應當理解，本發明的實施并不局限于下面的實施例。

實施例1

將limn2o4(湖南杉杉，lmo021型)、導電炭黑(timcal，superp)、粘接劑羧甲基纖維素鈉(斯比凱可，30000)和水按照質量比90:6:1:50的比例混合均勻，加入3份丁苯橡膠乳液(韓國大金)，繼續混合10min制成活性物質漿料。以長80毫米、寬60毫米、厚20微米的鋁箔作為正極集流體，將鋁箔置于2片厚50微米的導電膜中間，導電膜尺寸比鋁箔稍大，通過加熱復合使導電膜包覆在鋁箔上，并保證導電膜比鋁箔多出部分密封完好。將活性物質漿料均勻涂覆在復合集流體的第一面和第二面，涂覆密度為700g/m²，在60℃下烘干，與輥壓機上施加10噸壓力碾壓，得到正極。

具體的，導電膜為含有聚丙烯和導電炭黑的復合材料。

隔膜為厚度2毫米的agm玻璃纖維隔膜，尺寸為70×70毫米。負極為厚50微米的鋅板，尺寸與隔膜相當。電解液為2mol/l的znso4和1mol/l的li2so4的混合水溶液。

電池按照以下方式組裝：將得到的正極置入兩個負極之間，正極與負極之間各設置一片隔膜，組裝完成后，注入12毫升電解液，靜止3小時，即可開始充放電測試。

實施例2

在實施例2中，正極集流體為銅箔，電池其余構成以及測試方法同實施例1。

實施例3

在實施例3中，正極集流體為不銹鋼箔，電池其余構成以及測試方法同實施例1。

實施例4

在實施例4中，導電膜厚度為100微米，電池其余構成以及測試方法同實施例1。

電池性能測試

將實施例1至4中的電池在室溫下進行充放電循環測試。充放電循環測試的條件為：以0.25c恒定電流下充電到2.1v，停止10分鐘，再在1c恒定電流下放電到1.4v，再停止10分鐘，作為一個循環。

圖23為實施例1中電池充放電循環性能圖，從圖中可以看出，電池能夠正常工作，并且在多次循環后性能非常穩定。同樣的，實施例2至4中的電池可以持續、穩定的工作。

實施例5

將正極活性物質limn2o4、導電劑乙炔黑(ab)、粘結劑聚偏氟乙烯(pvdf)按照重量比80:10:10混合，以n-甲基吡咯烷酮作為溶劑，制作正極漿料，在厚度為100μm的集流體的一面上涂布正極漿料，放入到真空干燥箱中，在60℃下干燥0.5h，形成厚度為400μm的雙極性電極。集流體采用導電塑料，具體的，導電塑料為含有的聚丙烯和導電炭黑的復合材料。

正極集流體和負引出電極的材料為不銹鋼箔，通過熱壓復合在正極集流體的一面包覆一層厚度為50μm的導電膜，導電膜為聚乙烯和碳黑的復合膜，按照制備雙極性電極的過程，在正極集流體涂有導電膜的一面涂覆相同厚度的正極活性物質。正極集流體和負引出電極的厚度為2mm。

水系電解液為含有濃度為1mol/l硫酸鋰和2mol/l硫酸鋅的水溶液；隔膜采用玻璃纖維(agm)，隔膜的面積小于矩形密封圈的包圍面積，隔膜的厚度為600μm；密封部采用高度為1mm的矩形密封圈，矩形密封圈的面積略小于引出電極和集流體的面積。

在負引出電極上層疊矩形密封圈，然后在密封圈的圈內放置浸有水系電解液的隔膜，再依次層疊雙極性電極和正引出電極，雙極性電極和正引出電極涂有正極活性物質的一面面向負引出電極放置，密封圈用于密封設置在正引出電極與相鄰的雙極性電極和雙極性電極與相鄰的負引出電極之間的水系電解液。

電池性能測試

將實施例5中的電池在室溫下進行充放電循環測試。充放電循環測試的條件為：在1c恒定電流下充電到4.2v，停止10分鐘，再在1c恒定電流下放電到2.8v，再停止10分鐘，作為一個循環。

實施例6

在實施例6中，雙極性電極的個數為3個，電池其余構成以及制備方法同實施例5。

電池性能測試

將實施例6中的電池在室溫下進行充放電循環測試。充放電循環測試的條件為：在1c恒定電流下充電到8.4v，停止10分鐘，再在1c恒定電流下放電到5.6v，再停止10分鐘，作為一個循環。

實施例7

在實施例7中，雙極性電極的個數為5個，電池其余構成以及制備方法同實施例5。

電池性能測試

將實施例7中的電池在室溫下進行充放電循環測試。充放電循環測試的條件為：在1c恒定電流下充電到12.6v，停止10分鐘，再在1c恒定電流下放電到8.4v，再停止10分鐘，作為一個循環。

實施例8

在實施例8中，雙極性電極的集流體采用不銹鋼，厚度為50μm，電池其余構成、制備方法以及電池性能測試同實施例5。

實施例9

在實施例9中，正極集流體的一面沒有包覆導電膜，電池其余構成、制備方法以及電池性能測試同實施例5。

表1為實施例5到9中的電池在1c倍率下充放電，充放電循環100次的電池性能：

表1

實施例10

將正極活性物質limn2o4、super-p碳黑、粘接劑pvdf按照重量比例8:1:1混合均勻，以nmp作為溶劑，制得正極漿料，均勻涂覆在厚度80μm的正極集流體石墨箔上，隨后干燥、壓制得到正極；負極包括鋅箔和厚度50μm的石墨箔，金屬鋅鍍在石墨箔上作為負極活性物質；隔膜為玻璃氈布。

將所得正極、隔膜及負極通過卷繞形成圓柱形電芯，設置于圓柱筒形的殼體中；電池中加入的電解液為含有2mol/l醋酸鋰和1.5mol/l醋酸鋅的水溶液，通過向電解液中滴加0.1mol/l的lioh溶液調節電解液的ph為4。室溫下，電池靜置12h后，以100ma的電流充電和放電，電壓范圍為1.5-2.35v。

實施例11

與實施例10相同的方式制造電池，所不同的是：用經過鈍化的316型不銹鋼代替實施例10負極中的石墨箔。

實施例12

與實施例10相同的方式制造電池，所不同的是：用銅箔代替實施例10負極中的石墨箔。

實施例13

一種電池，正極集流體為石墨棒，直徑為4mm，長度為62mm；隔膜的材質為無紡布，隔膜為圓柱筒形，隔膜的外徑為11mm，隔膜的內徑為10mm，隔膜的長度為58mm；負極包括銅箔和鋅，鋅通過濺射形成于銅箔上，得到圓柱筒形負極，負極的外徑為17mm，負極的內徑為16mm，負極的長度為58mm，負極上設有0.1mm厚的銅極耳，引出電池；殼體的材質為聚氯乙烯(pvc)，殼體的內徑為17mm，殼體的外徑為18mm，殼體的長度為60mm；固定環的材質為聚氯乙烯(pvc)，固定環有兩個，分別設置于電池的兩端，置于電池頂端的為第一固定環，至于電池底端的為第二固定環，固定環包括上層環和下層環，上層環和下層環為一體成型，上層環的內徑為4mm，上層環的外徑為10mm，上層環的厚度為3mm，下層環的內徑為4mm，下層環的外徑為16mm，下層環的厚度為1mm。

具體電池的裝配過程為：以limn2o4為正極活性物質，將正極活性物質、導電劑super-p、按照90:10的重量比例混合在去離子水中，混合均勻制得正極漿料；先將隔膜與第二固定環以及石墨棒組裝好后，將正極漿料倒入隔膜與石墨棒形成的間隙中，倒入正極漿料量為10g，在80℃下干燥，得到正極，隔膜內正極活性物質與導電劑的混合物為5g；再在圓柱筒形隔膜外設置圓柱筒形負極，圓柱筒形負極外設置圓柱筒形殼體；電解液為544g氯化鋅和21g無水氯化鋰，溶于600g去離子水，再往電解液中滴定0.1mol/l氫氧化鋰將電解液的ph值調為4.3，再用去離子水定容至1l得到，本實施例的電池中加入5g該電解液。將隔膜、第二固定環、石墨棒、正極、負極、殼體以及電解液組裝好后，靜置12小時，隨后開始以100ma的電流充電和放電，充放電電壓區間為1.5-2.35v。

實施例14

一種電池，正極集流體為石墨棒，直徑為4mm，長度為62mm；隔膜的材質為無紡布，隔膜為圓柱筒形，隔膜3的外徑為11mm，隔膜的內徑為10mm，隔膜的長度為58mm；負極包括銅箔和鋅，負極的外徑為17mm，負極的內徑為16mm，負極的長度為58mm，負極上設有0.1mm厚的銅極耳，引出電池；殼體的材質為聚氯乙烯(pvc)，殼體的內徑為17mm，殼體的外徑為18mm，殼體的長度為60mm；固定環的材質為聚氯乙烯(pvc)，固定環有兩個，分別設置于電池的兩端，置于電池頂端的為第一固定環，至于電池底端的為第二固定環，固定環包括上層環和下層環，上層環和下層環為一體成型，上層環的內徑為4mm，上層環的外徑為10mm，上層環的厚度為3mm，下層環的內徑為4mm，下層環的外徑為16mm，下層環的厚度為1mm。

具體電池的裝配過程為：以limn2o4為正極活性物質，將正極活性物質22、導電劑super-p、按照90:10的重量比例混合在去離子水中，混合均勻制得正極漿料；先將隔膜與第二固定環以及石墨棒組裝好后，將正極漿料倒入隔膜中，倒入正極漿料量為12g，在80℃下干燥，得到正極，隔膜內正極活性物質與導電劑的混合物為6g；將圓柱筒形的銅箔與石墨棒、圓柱筒形的隔膜以及第二的固定環固定好后，再將鋅加入到圓柱筒形的隔膜與圓柱筒形的銅箔之間得到圓柱筒形負極；電解液為544g氯化鋅和21g無水氯化鋰，溶于600g去離子水，再往電解液中滴定0.1mol/l氫氧化鋰將電解液的ph值調為4.3，再用去離子水定容至1l得到，本實施例的電池中加入6g該電解液。將隔膜、第二固定環、石墨棒、正極、負極、殼體以及電解液組裝好后，靜置12小時，隨后開始以100ma的電流充電和放電，充放電電壓區間為1.5-2.35v。

實施例15

與實施例13相同的方式制造電池，所不同的是：用石墨箔代替負極中的銅箔。

實施例10到15中所提供的電池，電池具有良好的循環性能。

盡管發明人已經對本發明的技術方案做了較詳細的闡述和列舉，應當理解，對于本領域技術人員來說，對上述實施例作出修改和/或變通或者采用等同的替代方案是顯然的，都不能脫離本發明精神的實質，本發明中出現的術語用于對本發明技術方案的闡述和理解，并不能構成對本發明的限制。