專利名稱：電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(wǎng)還是電網(wǎng)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(fā)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(yōu)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(tǒng)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iu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(wěn)定性差以及釩具有一定的毒性，從而限制了此類電池的發(fā)展。截至目前，已經(jīng)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(jīng)有報道的V02/LiMn204，LiV308/LiNi0.81Co0.1902,TiP207/LiMn204, LiTi2 (PO4) 3/LiMn204，LiV308/LiCo02 等。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種低成本、安全可靠且性能優(yōu)良的電池。本發(fā)明提供了一種電池，包括正極，負極和電解液，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，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子；所述負極至少包括負極集流體；所述電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使所述電解質電離的溶劑；所述電解質能夠電離出至少一種充放電過程中在所述負極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子；所述負極集流體表面形成有多孔層或石墨烯層，所述多孔層具有微米或亞微米或納米級孔隙。優(yōu)選的，所述多孔層或石墨烯層的厚度范圍為O. 05-1_。優(yōu)選的，所述微米或亞微米級孔隙占所述多孔層的體積范圍為50-95%。優(yōu)選的，所述納米級孔隙占所述多孔層的體積范圍為10-99%。優(yōu)選的，所述納米級孔隙的平均直徑的范圍為l_150nm。優(yōu)選的，所述多孔層的材料選自碳基材料。優(yōu)選的，所述碳基材料選自科琴碳黑、活性碳、碳納米管、碳纖維、石墨中的至少一種。優(yōu)選的，所述碳基材料為活性碳粉末與粘結劑的混合物，所述活性碳粉末占所述多孔層的重量百分比范圍為20-99%。
優(yōu)選的，所述負極還包括形成于所述負極集流體表面的負極活性物質，所述負極活性物質在所述電池放電過程中能夠氧化-溶解為所述活性離子。優(yōu)選的,所述負極集流體的材料選自金屬Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或經(jīng)過鈍化處
理的上述金屬中的一種。優(yōu)選的，所述負極集流體的材料選自碳基材料、不銹鋼、硅或具有鍍/涂層的金屬，所述鍍/涂層含有C、Sn、In、Ag、Pb、Co、Zn的單質、合金、或者氧化物中至少一種。優(yōu)選的，所述鍍/涂層的厚度范圍在I-IOOOnm之間。優(yōu)選的,所述活性離子包括金屬離子,所述金屬選自Zn、Fe、Cr、Cu、Mn、Ni中的至少一種。優(yōu)選的，所述金屬離子以氯酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽、甲酸鹽、磷酸鹽中的至 少一種形式存在于所述電解液中。優(yōu)選的，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入鋰離子、鈉離子、鋅離子或者鎂離子。優(yōu)選的，所述正極集流體的材料選自石墨、不銹鋼、鋁合金、經(jīng)過鈍化的不銹鋼或
招合金。本發(fā)明還提供了一種電池，包括正極、負極、電解液，所述正極包括正極活性物質，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子；所述負極包括參與電化學反應的負極活性物質；所述電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使所述電解質電離的溶劑；所述電解質能夠電離出至少一種充放電過程中在所述負極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子或/和至少一種充放電過程中在所述正極能夠可逆脫出-嵌入的離子，所述負極活性物質在放電過程中能夠氧化-溶解為所述活性離子；所述負極還包括形成于所述負極活性物質表面的多孔層或石墨烯層，所述多孔層具有微米或亞微米或納米級孔隙。本發(fā)明還提供了一種電池，包括正極、負極、電解液和隔膜，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，所述正極活性物質是能夠可逆脫出-嵌入離子的化合物；所述負極是不參與電化學反應的電化學惰性導電電極；所述電解液是水溶液，至少含有在充放電過程中在所述負極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的金屬離子；所述負極包括負極集流體和形成于所述負極集流體表面的具有微米孔隙的多孔層。本發(fā)明提供的電池操作安全，生產成本低，負極表面形成有多孔層或石墨烯層，一方面可以為電解液中的活性離子提供更大的沉積比表面積，有效的減少負極枝晶的產生，另一方面還縮短活性離子遷移距離，解決了活性離子在充放電過程的擴散阻力問題，使得電池具有良好的電化學性能以及循環(huán)壽命，本發(fā)明的電池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。


圖I是本發(fā)明第一實施方式電池結構示意圖；圖2是本發(fā)明第一實施方式電池充電過程示意圖；圖3是本發(fā)明第一實施方式電池放電過程示意圖；圖4是本發(fā)明第二實施方式電池結構示意圖；圖5是實施例1-1中未經(jīng)鈍化處理的不銹鋼304在硫酸鹽電解液中的循環(huán)伏安曲線圖；圖6是實施例1-2中經(jīng)過鈍化處理的不銹鋼316在硫酸鹽電解液中的循環(huán)伏安曲線圖；圖7是實施例1-3中經(jīng)過鈍化處理的不銹鋼316P在硝酸鹽電解液中的循環(huán)伏安曲線圖；圖8是實施例1-4中鈍化的鋁合金在醋酸鹽電解液中的循環(huán)伏安曲線圖；圖9是實施例1-5中鈍化的鋁合金在硫酸鹽電解液中的循環(huán)伏安曲線圖；圖10是實施例1-6中石墨箔在鹽酸鹽電解液中的循環(huán)伏安曲線圖；圖11是實施例1-7中未鈍化不銹鋼在鹽酸鹽電解液中的循環(huán)伏安曲線圖； 圖12是實施例3-1提供的電池的電壓與放電容量的關系曲線圖；圖13是實施例3-1提供的電池的放電容量與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖14是實施例3-2提供的電池的放電容量與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖15是實施例3-3提供的電池的放電容量與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖16是實施例3-3提供的電池的庫倫效率與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖17是實施例3-4提供的電池的放電容量與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖18是實施例4-1中負極集流體表面形成有多孔層的結構示意圖；圖19是圖18中多孔層的局部放大示意圖；圖20是實施例4-1提供的電池首次充放電電壓-容量的曲線圖；圖21是實施例5-1提供的電池的循環(huán)伏安曲線圖；圖22是實施例5-2提供的電池的循環(huán)伏安曲線圖；圖23是實施例5-3提供的電池的循環(huán)伏安曲線圖；圖24是實施例5-4提供的電池的循環(huán)伏安曲線圖；圖25是實施例5-6提供的電池的循環(huán)伏安曲線圖；圖26是實施例5-9提供的電池的循環(huán)伏安曲線圖；圖27是實施例6-1提供的電池首次充放電與電壓的關系曲線；圖28是實施例6-1提供的電池放電容量與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖29是實施例6-1提供的電池庫倫效率與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖30是實施例6-2提供的電池的放電容量與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖31是實施例6-2提供的電池庫倫效率與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖32是實施例6-4提供的電池的放電容量與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖；圖33是實施例6-5提供的電池的放電容量與循環(huán)次數(shù)的關系曲線圖。其中10.正極20.負極28.活性離子12.正極集流體22.負極集流體 30.多孔層14.正極活性物質24.負極活性物質16.可逆脫出-嵌入的離子26.活性離子沉積層
具體實施例方式本發(fā)明提供的電池具有較高的能量密度，穩(wěn)定的循環(huán)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。一種電池，包括正極10、負極20和電解液(未示出)。正極10包括正極集流體12和參與電化學反應的正極活性物質14，正極活性物質14能夠可逆脫出-嵌入離子；負極20至少包括負極集流體22 ;電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使電解質電離的溶劑；電解質能夠電離出至少一種充放電過程中在負極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子28。請參閱圖I所示，圖I為本發(fā)明第一實施方式電池結構示意圖，在第一實施方式中，電池負極20僅包括負極集流體22。正極活性物質14參與正極反應，并且能夠可逆脫出-嵌入離子或者官能團。具體的，正極活性物質14能夠可逆脫出-嵌入鋰離子、鈉離子、鋅離子或者鎂離子。正極活性物質14可以是符合通式Li1+xMnyMz0k的能夠可逆脫出_嵌入鋰離子的尖晶石結構的化合物，其中，-I彡X彡O. 5，I彡y彡2. 5，0彡z彡O. 5，3彡k彡6，M選自Na、·Li、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si、Al中的至少一種。優(yōu)選的，正極活性物質14含有LiMn204。更優(yōu)選的，正極活性物質14含有經(jīng)過摻雜或包覆改性的LiMn204。正極活性物質14可以是符合通式Li1+xMyM ' ZM " c02+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<χ彡O. 5，0彡y彡1，0彡ζ<1，
O彡 c 彡 1，-O. 2 彡 η 彡 O. 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(yōu)選的，正極活性物質14含有LiCo02。正極活性物質14可以是符合通式LixM1J' 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，O < X彡2，0彡y彡O. 6，1彡η彡I. 5，Μ選自Fe、Mn、V或Co, Mi選自1%、11、0、￥或41的中至少一種，乂選自5、？或51中的至少一種。優(yōu)選的，正極活性物質14含有LiFePO4。在目前鋰電池工業(yè)中，幾乎所有正極活性物質14都會經(jīng)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(jīng)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+xMnyMz0k為準，廣泛地包括經(jīng)過各種改性的LiMn204。同樣的，LiFePO4以及LiCoO2也應該廣泛地理解為包括經(jīng)過各種摻雜、包覆等改性的，通式分別符合LixMpyM' y (XO4) n和Li 1+xMyM' β "。02+11的正極活性物質。本發(fā)明的正極活性物質14為可逆脫出-嵌入鋰離子化合物時，可以選用如LiMn204、LiFeP04、LiCo02、LiMxP04、LiMxSi0y (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如NaVPO4F,可脫出-嵌入鋅離子的化合物如Y -MnO2，可脫出-嵌入鎂離子的化合物如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(fā)明電池的正極活性物質14。具體的實施方式中，在制備正極漿料時，正極漿料中除了正極活性物質14之外，還需添加導電劑和粘結劑。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。粘結劑選自聚乙烯氧化物、聚丙烯氧化物，聚丙烯腈、聚酰亞胺、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種、或上述聚合物的混合物及衍生物。在具體實施方式
中，粘結劑選自聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。正極集流體12僅作為電子傳導和收集的載體，不參與電化學反應，即在電池工作電壓范圍內，正極集流體12能夠穩(wěn)定的存在于電解液中而沒有其他副反應發(fā)生，從而保證電池具有穩(wěn)定的循環(huán)性能。正極集流體12的材料選自碳基材料、金屬或合金中的一種。具體的，碳基材料選自玻璃碳、石墨、碳租、碳纖維、或具有3D雙連續(xù)結構的導電材料中的一種。其中， 具有3D雙連續(xù)結構的導電材料包括但不僅限于泡沫碳。石墨包括但不僅限于石墨箔和石墨板。金屬選自Al、Fe、Cu、Pb、Ti、Cr、Mo、Co、Ag或經(jīng)過鈍化處理的上述金屬中的一種。合金選自不銹鋼、招合金、Ni合金、Ti合金、Cu合金、Co合金、Ti-Pt合金、Pt-Rh合金或經(jīng)過鈍化處理的上述合金中的一種。不銹鋼包括不銹鋼箔或不銹鋼網(wǎng)，具體的，不銹鋼的型號可以是但不限于300系列的不銹鋼，如不銹鋼304、316、316L或316P。鋁合金的型號可以是但不限于6000系列的鋁合金，如鋁合金6061。負極20僅包括負極集流體22，并且負極集流體22僅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22的材料選自金屬Ni、Cu、Ag、Pb、Mn、Sn、Fe、Al、Zn或經(jīng)過鈍化處理的上述金屬中的至少一種，或者單質硅，或者碳基材料，其中，碳基材料包括石墨材料，比如商業(yè)化的石墨壓制的箔，其中石墨所占的重量比例范圍為90-100%。負極集流體22的材料還可以選自不銹鋼或經(jīng)鈍化處理的不銹鋼。不銹鋼包括但不僅限于不銹鋼網(wǎng)和不銹鋼箔，同樣的，不銹鋼的型號可以是但不限于300系列的不銹鋼，如不銹鋼304、316、316L或316P。另外，負極集流體22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(fā)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l-1000nm。例如在銅箔或石墨箔的負極集流體表面鍍上錫，鉛或銀。將正極集流體12或負極集流體22進行鈍化處理的主要目的是使集流體的表面形成一層鈍化的氧化膜，從而在電池充放電過程中，能起到穩(wěn)定的收集和傳導電子的作用，而不會參與電池反應，保證電池性能穩(wěn)定。集流體鈍化處理方法包括化學鈍化處理或電化學鈍化處理?；瘜W鈍化處理包括通過氧化劑氧化集流體，使集流體表面形成鈍化膜。氧化劑選擇的原則為氧化劑能使集流體表面形成一層鈍化膜而不會溶解集流體。氧化劑選自但不僅限于濃硝酸或硫酸高鈰(Ce (SO4) 2)。具體的，化學鈍化處理步驟為將集流體置入氧化劑溶液中，維持O. 5-1小時，使
集流體表面形成鈍化膜，最后取出集流體清洗并干燥。在一個用化學鈍化處理不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼箔的實施例中，具體鈍化處理過程為在50°C下，將不銹鋼置入20%的濃硝酸溶液，維持O. 5個小時，使不銹鋼表面形成鈍化膜，最后取出不銹鋼用水清洗并在50°C的干燥箱中干燥。在另一個用化學鈍化處理不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼箔的實施例中，具體鈍化處理過程為將不銹鋼置入O. 75mol/L的Ce (SO4)2溶液中，維持O. 5個小時，使不銹鋼表面形成鈍化膜，最后取出不銹鋼用水清洗并在50°C的干燥箱中干燥。電化學鈍化處理包括對集流體進行充放電或對含有集流體的電池進行充放電處理，使集流體表面形成鈍化膜。直接對集流體進行充放電，即在集流體用于電池組裝前進行預鈍化處理，具體的，對以集流體作為工作電極的三電極體系進行充放電，再相應選擇合適的對電極和參比電極。充電時電壓均充至2. 35-2. 45V，放電時電壓均放至I. 35-1. 45V。集流體可以是金屬，如金屬鋁；集流體也可以是合金，如不銹鋼或鋁合金。當然，也可以采用以集流體為工作電極的兩電極體系進行充放電，充電時電壓均充至2. 35-2. 45V，放電時電壓均放至I. 35-1. 45V。在一個直接鈍化鋁合金集流體的實施方式中，以鋁合金作為工作電極，鋅箔作為對電極和參比電極，電解液為含有I. 5mol/L醋酸鋅和3mol/L醋酸鋰的水溶液，對三電極體系進行充放電，充電時電壓充至2. 4V，使得鋁合金表面在2. 4V下氧化形成一層鈍化的氧化膜，放電時截止電壓為1.4V。
也可以對含有集流體的電池進行充放電從而達到對集流體進行鈍化的目的，充電時電壓均充至2. 35-2. 45V，放電時電壓均放至I. 35-1. 45V，充放電次數(shù)不小于I。集流體可以是金屬，如金屬鋁；集流體也可以是合金，如不銹鋼或鋁合金。在一個對集流體組裝成電池后進行鈍化處理的實施方式中，正極活性物質14為LiMn2O4,正極集流體12為鋁合金，負極集流體22為銅箔，電解液為含有I. 5mol/L醋酸鋅和3mol/L醋酸鋰的水溶液，充電時電壓均充至2. 4V，即充電時的截止電壓為2. 4V，使得鋁合金表面在2. 4V下氧化形成一層鈍化膜；放電時截止電壓為I. 4V，對電池進行充放電次數(shù)不小于I次。電池充放電的次數(shù)越多，鋁合金鈍化的效果越好，在電解液中越穩(wěn)定。在采用電化學鈍化處理鋁合金的方法中，充電時電壓達到2. 4V后并保持一段時間，鋁合金的腐蝕電流會隨著維持時間的增加而顯著降低。具體的，充電電壓達到2. 4V后維持時間從10分鐘逐步延長至I小時，鋁合金的腐蝕電流會顯著下降，維持時間從I小時逐步延長至24小時，腐蝕電流下降不是很明顯，因此，更優(yōu)選的，充電電壓達到2. 4V后并維持至少I小時。電解液為弱酸或中性水溶液，如氯酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽、甲酸鹽或磷酸鹽，正極集流體12和負極集流體22在電解液中能夠保持穩(wěn)定，即在電池工作電壓窗口下沒有副反應發(fā)生，從而保證電池性能的穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的集流體的鈍化處理方法，對正極集流體12和負極集流體22都適用。為了使電解液中的活性離子28在負極20表面沉積的更加均勻，負極20表面形成有多孔層30，多孔層30以任何適宜的方式如涂覆、壓制等方式形成于負極20表面。多孔層30的厚度范圍為O. 05-lmm,多孔層30具有微米或亞微米或納米級孔隙，微米或亞微米級孔隙占多孔層30的體積范圍為50-95%。納米級孔隙占多孔層30體積范圍的10-99%，納米級孔隙的平均直徑的范圍為l_999nm，優(yōu)選的，納米級孔隙的平均直徑的范圍為l_150nm。多孔層30不參與負極20的電化學反應，多孔層30具有很大的比表面積，能夠為充電過程中發(fā)生沉積-還原的活性離子28提供更大的沉積比表面積，使得活性離子28在負極集流體22表面沉積地更加均勻，有效的減少負極枝晶的產生。另外，通過形成于負極集流體22表面的多孔層30，還可以縮短活性離子28充放電過程中遷移距離，活性離子28只需要擴散較短的距離就能夠完成充放電過程，解決了活性離子28反應過程中存在擴散阻力的問題。同時，由于在負極20設置了多孔層30，在制備電池時能夠使用更薄的隔膜，使電池充電過程中，尤其是過充電時正極產生的氧氣能夠更容易遷移到負極20進行還原，增強電池的可逆性。多孔層30的材料選自碳基材料,碳基材料選自碳黑、活性碳、碳納米管、碳纖維、石墨中的至少一種。碳黑包括但不僅限于科琴碳黑(KB)、乙炔黑。KB具有很大的比表面積和很強的吸附能力，可以使活性離子在負極20上沉積地更加均勻，而且KB很強的導電能力能夠提高整個電池的大電流充放電時的電化學性能。碳基材料可以是活性碳與粘結劑的混合物，活性碳占多孔層30的重量范圍為20-99%?；钚蕴嫉谋缺砻娣e范圍為200-3000m2/g。具體的，將商業(yè)化活性碳粉末(粒徑范圍l-200mm)和聚偏氟乙烯(PVDF)均勻混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶解成糊狀，涂覆于負極集流體22表面。多孔層30厚度范圍為O. 1-0. 2mm,NMP占多孔層混合物的重量范 圍為 50-70%?；钚蕴嫉男螒B(tài)包括但不僅限于活性碳粉末、活性碳顆粒、活性碳氈或活性碳纖維布，活性碳氈或活性碳纖維布的比表面積范圍為100-2200m2/g。具體的，將活性碳顆粒與導電石墨混合，再與PVDF，NMP均勻混合，涂覆在負極集流體22表面。多孔層30的厚度介于O. 1-0. 2mm之間。導電石墨的作用在于增加負極多孔層30的電子傳導能力。其中，活性碳占多孔層30的重量范圍為20-80%，導電石墨占多孔層30的重量范圍為5-20%，粘接劑PVDF占多孔層30的重量范圍為5-15%?；钚蕴疾牧暇哂卸嗫捉Y構以及較大的比表面積，價格也相對碳納米管類的碳基材料便宜。而且，具體制作含有多孔層的負極的工藝也相對簡單，容易產業(yè)化。優(yōu)選的，負極20表面形成有石墨烯層。石墨烯具有突出的導熱性能和力學性能，理論比表面積高達2600m2/g，以及室溫下高速的電子遷移率，因此，形成于負極20表面的石墨烯層不僅能為活性離子28的沉積提供更大的表面積，同時還能進一步提高負極20的導電子能力，從而提高電池大電流的電化學性能。在第一實施方式中，由于負極20僅包括負極集流體22，因此，多孔層或石墨烯層是形成于負極集流體22表面。電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使電解質電離的溶劑，溶劑包括水溶液或者醇溶液中的至少一種，醇溶液包括但不僅限于乙醇或甲醇。電解質能夠電離出至少一種充放電過程中在負極20發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子28。活性離子28的濃度范圍為O. 5_15mol/L。在具體的實施方式中，活性離子28包括金屬離子，金屬選自Zn、Fe、Cr、Cu、Mn、Ni、Sn中的至少一種。金屬離子以氯酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽、甲酸鹽、磷酸鹽等形式存在于電解液中。優(yōu)選的，金屬離子以硫酸鹽、醋酸鹽或硫酸鹽和醋酸鹽的混合物的形式存在于電解液中。優(yōu)選的，電解液中還包括一種電解質，電解質能夠電離出至少一種充放電過程中在正極10能夠可逆脫出-嵌入的離子16，從而提高正極活性物質14與電解液中的離子交換速度，提高電池的大倍率充放電性能。具體的，正極活性物質14為能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的化合物，電解質對應的還能夠電離出鋰離子?？赡婷摮?嵌入的離子16包括鋰離子或鈉離子或鎂離子或鋅離子，可逆脫出-嵌入的離子16在電解液中的濃度范圍為
O.l_30mol/L。為了保證電池容量，電解液中的活性離子28的濃度必須達到一定范圍，當電解液過堿時，會影響電解液中活性離子28的溶解度；當電解液過酸時，則會出現(xiàn)電極材料腐蝕和充放電過程中質子共嵌入等問題，因此，本發(fā)明中電解液的PH值范圍為3-7。請參照圖2所示，電池的充放電原理為充電時，正極活性物質14中脫出可逆脫出-嵌入的離子16，同時伴隨正極活性物質14內變價金屬被氧化，并放出電子；電子經(jīng)由外電路到達電池負極20，同時電解液中的活性離子28在負極20得到電子被還原，并沉積在負極集流體22表面，形成活性離子沉積層26。放電過程則為充電的逆過程，如圖3所示。在第一實施方式中，電池的首次工作是正極活性物質14中脫出可逆脫出-嵌入的離子16、活性離子28在負極20發(fā)生還原-沉積為活性離子沉積層26的充電過程。電池的 容量取決于正極活性物質14的容量，因此，電池首次充電時,正極活性物質14中需要包含足夠的可逆脫出-嵌入的離子16。使用者在不進行充電過程前電池是不能作為電源使用的，因此保證了電池的容量在使用前不受到任何形式的損失。第二實施方式請參照圖4所示，本發(fā)明第二實施方式提供了一種電池，與第一實施方式中揭示的電池的區(qū)別是第二實施方式中負極20還包括形成于負極集流體22表面的負極活性物質24，負極活性物質24在放電過程中能夠氧化-溶解為活性離子28。負極集流體22僅作為電子傳導和收集的載體，不參與負極20反應，負極活性物質24通過涂覆、電鍍或濺射的方法形成于負極集流體上22，濺射方法包括但不僅限于磁控濺射。具體的，負極集流體22為銅箔，負極活性物質24為鋅，鋅通過電鍍的方法形成于銅箔表面。優(yōu)選的，負極活性物質24形成于經(jīng)過表面預處理的負極集流體22上，表面預處理的方法包括機械處理、化學處理或電化學處理中的至少一種。具體的，當負極集流體22為Cu時，對Cu進行預處理的方法可以是手動/機械打磨，去除其表面暗淡部分同時使其表面具有一定的粗糙度，但由于手動打磨不能徹底的清除Cu表面上的雜質，如CuO，因此對Cu需要進一步的化學處理，化學處理的方法可以是配制不同的酸的混合液對其進行浸泡，如硫酸，硝酸和鹽酸。預處理的具體方法取決于負極集流體22的選材，通常是機械、化學、電化學三種方法結合。本實施方式中，負極20包括負極集流體22和負極活性物質24，因此，多孔層或石墨烯層是形成于負極集流體22表面。負極活性物質通過涂覆、電鍍或者濺射等方式形成于多孔層或者石墨烯層表面。同樣的，正極10包括正極集流體12和正極活性物質14。正極集流體12不參與電化學反應，正極活性物質14能夠可逆脫出-嵌入離子，如鋰離子、鈉離子、鋅離子或者鎂離子，但在第二實施方式中，在制備電池時不用限定正極活性物質14本身是否含有鋰離子、鈉離子、鋅離子或者鎂離子，具體來說，正極活性物質14可以有四種狀態(tài)不含有可逆脫出-嵌入的離子16、含有并且還能夠進一步嵌入可逆脫出-嵌入的離子16、含有可逆脫出-嵌入的離子16并且可逆脫出-嵌入的離子16達到飽和狀態(tài)、含有可逆脫出-嵌入的離子16并且可逆脫出-嵌入的離子16達到過飽和狀態(tài)。電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使電解質電離的溶劑，溶劑包括水溶液或醇溶液，醇溶液包括但不僅限于乙醇和甲醇。此時，電解質能夠電離出至少一種充放電過程中在負極20發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子28或至少一種充放電過程中在正極10能夠可逆脫出-嵌入的離子16或同時含有活性離子28和可逆脫出-嵌入的離子16。第二實施方式揭示的電池，正極活性物質14在充放電過程中能夠可逆脫出-嵌入離子，但是對于正極活性物質14本身而言，可以不包含可逆脫出-嵌入的離子16，可以包含可逆脫出-嵌入的離子16并且內部結構中還能有接受可逆脫出-嵌入的離子16的空穴，還可以是自身包含可逆脫出-嵌入的離子16并且達到飽和狀態(tài)甚至過飽和狀態(tài)，因此，電池的正極活性物質14在選材上有很大的選擇空間，進一步，電解液中可以包含活性離子28和/或可逆脫出-嵌入的離子16，使得本發(fā)明中的電池可以根據(jù)不同的應用場合選擇不同的電池工作模式，電池適應性強。下面進一步闡述不同狀態(tài)的正極活性物質14和電解液構·成的電池的工作模式。一種電池，包括正極10、負極20、電解液(未示出)。正極10包括正極集流體12和正極活性物質14，正極活性物質14能夠可逆脫出-嵌入離子。負極20包括負極集流體22和參與電化學反應的負極活性物質24。電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使電解質電離的溶劑。電解質能夠電離出至少一種在正極10能夠發(fā)生可逆脫出-嵌入的離子16 ;正極活性物質14不含有可逆脫出-嵌入的離子16 ;電池的首次工作是電解液中可逆脫出-嵌入的離子16嵌入到正極活性物質14、負極活性物質24氧化-溶解為活性離子28的放電過程。具體的，正極活性物質14為Mn2O4,負極活性物質24為金屬Zn，電解液中包含LiAc0由于正極活性物質14中不含鋰，而電解液中包含鋰離子，因此，電池首次工作為電解液中鋰離子嵌入到正極活性物質14，負極活性物質24金屬Zn氧化-溶解為Zn2+的放電過程。優(yōu)選的，電解液中還包括能電離出活性離子28的電解質，活性離子28在負極20能夠發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解，這樣，在電池放電時，可以加快負極20與電解液中離子交換速度。正極活性物質14只要符合在充放電過程中能夠可逆脫出-嵌入離子這一條件即可工作，而不用限定正極活性物質14必須含有可逆脫出-嵌入的離子16。雖然正極活性物質14不包含能夠可逆脫出-嵌入的離子16，電池首次工作時需為放電過程，但是使用者在購買到本發(fā)明中的電池時，同樣可以直接作為電源使用，同時電池使用壽命非常長。一種電池，包括正極10、負極20、電解液。正極10包括正極集流體12和正極活性物質14，負極20包括負極集流體22和參與電化學反應的負極活性物質24，電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使電解質電離的溶劑，電解質能夠電離出至少一種在負極20發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子28和至少一種在正極10能夠發(fā)生可逆脫出-嵌入的離子16 ;正極活性物質14能夠脫出和嵌入可逆脫出-嵌入的離子16 ;電池的首次工作是可逆脫出-嵌入的離子16從正極活性物質14中脫出、活性離子28在負極20還原并沉積的充電過程或者是可逆脫出-嵌入的離子16嵌入正極活性物質14、負極活性物質24氧化并溶解為活性離子28的放電過程。具體的，正極活性物質14含有LihMn2O4,負極活性物質24為金屬Zn，電解液中包含醋酸鋅和醋酸鋰。正極活性物質14既能脫出Li+，同時，正極活性物質14的尖晶石結構中還有空穴可供電解液中Li+嵌入，因此，電池首次工作模式可以是放電電解液中的Li+嵌入到LihMn2O4,負極活性物質24金屬Zn氧化并溶解為Zn2+ ；電池首次工作模式可以是充電即LihMn2O4中脫出Li+，電解液中的Zn2+在負極20還原并沉積形成活性離子沉積層26。因此，電池首次工作既可以是充電過程，也可以是放電過程。使用者在購買到本發(fā)明中的電池時，無需考慮使用前是對電池進行充電還是對電池進行放電，即可使用，并且本發(fā)明的電池使用壽命非常長。優(yōu)選的，電池首次工作為可逆脫出-嵌入的離子16從正極活性物質14中脫出，活 性離子28在負極20發(fā)生還原-沉積的充電過程。一種電池，包括正極10、負極20、電解液，正極10包括正極集流體12和正極活性物質14，負極20包括負極集流體22和參與電化學反應的負極活性物質24 ;電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使電解質電離的溶劑；電解質能夠電離出至少一種在正極10能夠發(fā)生可逆脫出-嵌入的離子16 ;正極活性物質14能夠脫出和嵌入可逆脫出-嵌入的離子16 ；電池的首次工作是可逆脫出-嵌入的離子16嵌入正極活性物質14、負極活性物質24氧化-溶解為活性離子28的放電過程。具體的，正極活性物質14含有LihMn2O4,負極活性物質24為金屬Zn，電解液中包含醋酸鋰。正極活性物質14既能脫出Li+，也能嵌入Li+，電解液中含有Li+，因此，電池首次工作是Li+嵌入到LihMn2O4、金屬Zn氧化-溶解為Zn2+的放電過程。雖然電池首次工作需為放電過程，但是使用者在購買到本發(fā)明中的電池時，同樣可以直接作為電源使用，而不影響電池的性能，并且電池首次工作后可正常的充放電，同時電池使用壽命非常長。一種電池，包括正極10、負極20、電解液，正極10包括正極集流體12和正極活性物質14，正極活性物質14能夠可逆脫出-嵌入離子；負極20包括負極集流體22和參與電化學反應的負極活性物質24 ;電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使電解質電離的溶劑；電解質能夠電離出至少一種在負極20發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子28 ；電池的首次工作是可逆脫出-嵌入離子從正極活性物質14脫出、活性離子28在負極20還原-沉積的充電過程。具體的，正極活性物質14含有LihMn2O4,負極活性物質24為金屬Zn，電解液中含有醋酸鋅，正極活性物質14既能脫出Li+，也能嵌入Li+，因此，電池首次工作是Li+從Li1JMn2O4中脫出、電解液中的Zn2+在負極20發(fā)生還原-沉積的充電過程。一種電池，包括正極10、負極20、電解液，正極10包括正極集流體12和正極活性物質14，正極活性物質14能夠可逆脫出-嵌入離子；負極20包括負極集流體22和參與電化學反應的負極活性物質24 ;電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使電解質電離的溶齊U ;電解質能夠電離出至少一種在負極20發(fā)生還原-沉積的活性離子28 ;正極活性物質14中可逆脫出-嵌入的離子16達到飽和狀態(tài)；電池的首次工作是可逆脫出-嵌入的離子16從正極10脫出、活性離子28在負極20還原-沉積的充電過程。本領域技術人員公知，正極活性物質14中可逆脫出-嵌入的離子16處于飽和狀態(tài)，即可逆脫出-嵌入的離子16已基本占據(jù)正極活性物質14結構中的空穴位置，并且正極活性物質14結構穩(wěn)定，在電池充放電過程中能夠穩(wěn)定工作。電池首次工作需為充電過程，即可逆脫出-嵌入的離子16從正極活性物質14中脫出，電解液中的活性離子28在負極20發(fā)生還原-沉積。雖然使用者在購買到這種電池時需對其進行充電操作，但是正因如此，電池容量在首次使用前不會受到任何形式的損失，從而保證了電池在后期使用的性能。優(yōu)選的，電解液中還包括能電離出在正極10能夠發(fā)生可逆脫出-嵌入的離子16的電解質，這樣，在電池放電時，可以加快正極10與電解液中離子的交換速度，提高電池大倍率充放電性能。 因此，電解液只要包含能在負極20發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子28 即可能夠讓電池工作，也就是說，這種電池的電解液中，只需要加入活性離子28，而不強制要求需要含有能夠可逆脫出-嵌入的離子16，即可使電池正常工作。電池的電解液成分簡單，制造成本低，電池具有更廣泛的應用。一種電池，包括正極10、負極20、電解液，正極10包括正極集流體12和正極活性物質14，正極活性物質14能夠可逆脫出-嵌入離子；負極20包括負極集流體22和參與電化學反應的負極活性物質24 ;電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使電解質電離的溶齊U ;電解質能夠電離出至少一種在負極20發(fā)生還原-沉積的活性離子28 ;正極活性物質14中可逆脫出-嵌入的離子16處于過飽和狀態(tài)；電池的首次工作是可逆脫出-嵌入的離子16從正極10脫出、活性離子28在負極20還原-沉積為負極活性物質24的充電過程。本領域技術人員公知，正極活性物質14中可逆脫出-嵌入的離子16處于過飽和狀態(tài)，即制備正極活性物質14時，在正極活性物質14處于飽和的基礎上，進一步對正極活性物質14進行嵌離子處理，以提高正極活性物質14的容量，為了保證正極活性物質14的結構穩(wěn)定，正極活性物質14的表面通過金屬或金屬氧化物來修飾或包覆。具體的，金屬包括但不僅限于Al，金屬氧化物包括但不僅限于Al2O315具體的，正極活性物質14為Al2O3包覆的Li1+xMn204 (O < x < O. 5),負極活性物質24為金屬Zn，電解液中包含醋酸鋅。正極活性物質14中Li+的含量已達到過飽和狀態(tài)，因此，電池首次工作是Li+從Li1+xMn204中脫出、電解液中的Zn2+在負極20發(fā)生還原-沉積為活性離子沉積層26的充電過程。優(yōu)選的，電解液中還包括能電離出在正極10能夠發(fā)生可逆脫出-嵌入的離子16的電解質，這樣，在電池充電時，可以加快正極10與電解液中離子交換速度，提高電池充放電性能。由于第二實施方式中電池的負極20包括負極集流體22和參與電化學反應的負極活性物質24，所以電池的首次工作模式有了更多的選擇，由此，生產者可以根據(jù)使用者的應用場合，選擇電池中正極10、負極20以及電解液的搭配，制造出具有不同充放電模式的電池。第三實施方式本發(fā)明第三實施方式還揭示了一種電池，與第二實施方式揭示的電池的區(qū)別是第三實施方式中負極20僅包含負極集流體22，但是負極集流體22不僅作為電子傳導和收集的載體，同時還相當于負極活性物質能夠參與負極20反應，在電池放電過程中能夠氧化-溶解為活性離子28，即負極集流體22的材料同活性離子28的單質材料相同，例如活性離子28為鋅離子，對應的負極集流體22為金屬鋅。在第三實施方式中，負極20包括參與電化學反應的負極集流體22，因此，多孔層或石墨烯層是形成于負極集流體22表面。具體到第三實施方式中，電池正極10的正極活性物質14為LiMn2O4,正極集流體12為不銹鋼網(wǎng)，負極集流體22為金屬鋅，電解液為含有鋅鹽的水溶液。優(yōu)選的，電解液為含有鋅鹽和鋰鹽的水溶液。金屬鋅可以參與負極20反應。本發(fā)明中的電池如需用到隔膜時，隔膜可以是有機或無機的多孔材料，隔膜的孔隙率范圍為20-95%，孔徑范圍為O. 001-100 μ m。 本發(fā)明提供的電池，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(huán)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(huán)性能，在具體實施方式
中，電池在循環(huán)4000周后容量仍維持在90%以上。因此，本發(fā)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(fā)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(yè)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(fā)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(fā)明的內容。應當理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護范圍。在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所有的設備和原料等均可從市場購得或是本行業(yè)常用的。通過循環(huán)伏安法(CV)，構建三電極體系來測試不同集流體在電解液中的穩(wěn)定性。實施例1-1以不銹鋼為工作電極，不銹鋼型號為304，鋅電極為對電極和參比電極，在硫酸鹽電解液2mol/L ZnSO4和2mol/L Li2SO4中通過循環(huán)伏安法來研究不銹鋼的電化學行為，電壓范圍為I. 0-2. 4V。不銹鋼沒有經(jīng)過鈍化處理。圖5是實施例1-1中未經(jīng)鈍化處理的不銹鋼304的循環(huán)伏安曲線。從圖中可以看出不銹鋼首次陽極掃描時，在1.9V(Vs.Zn)處出現(xiàn)一個寬的氧化峰，接著出現(xiàn)了明顯的O2析出峰，伴隨著電流增大。在隨后的陰極掃描中，在I. 4V處出現(xiàn)了相對較小的還原峰。循環(huán)I次之后的I. 9V處的氧化峰受到阻礙，意味著在第一次循環(huán)中在不銹鋼表面形成了氧化層，氧化層抑制了不銹鋼表面內層的進一步氧化。但是氧化層也許能引發(fā)O2的析出。因此導致氧的析出峰向低電勢遷移并且變得越來越大。實施例1-2以鈍化的不銹鋼為工作電極，不銹鋼型號為316，鋅電極為對電極和參比電極，在硫酸鹽電解液2mol/L ZnSO4和2mol/L Li2SO4中通過循環(huán)伏安法來研究鈍化的不銹鋼的電化學行為，電壓范圍為I. 0-2. 4V。鈍化不銹鋼的方法為化學鈍化，具體過程為在50°C下，將不銹鋼316置入20%的濃硝酸溶液，維持O. 5h，使不銹鋼表面形成鈍化膜，最后取出不銹鋼用水清洗并干燥。
圖6是實施例1-2中經(jīng)過鈍化處理的不銹鋼的循環(huán)伏安曲線。實驗結果顯示在含有氧化劑的溶液如濃HNO3溶液中鈍化后，不銹鋼變得更穩(wěn)定，并且O2的析出峰重現(xiàn)性好，在不同的循環(huán)周期O2的析出峰形沒有明顯的區(qū)別。另一方面，O2析出電勢稍微向高電勢遷移，并且在2. OV前沒有出現(xiàn)明顯的氧的析出。這一結果對水系電池非常重要，因為經(jīng)過鈍化的不銹鋼在水系電池工作電壓范圍內非常穩(wěn)定。實施例1-3以鈍化的不銹鋼為工作電極，不銹鋼型號為316P，鋅電極為對電極和參比電極，在硝酸鹽電解液3mol/L Zn(NO3)2和6mol/L LiNO3中通過循環(huán)伏安法來研究鈍化的不銹鋼的電化學行為，電壓范圍為I. 0-2. 4V。鈍化不銹鋼的方法同實施例1-2。圖7是經(jīng)過鈍化處理的不銹鋼316P在硝酸鹽電解液中CV曲線。 實施例1-4以鋁合金為工作電極，鋅電極為對電極和參比電極，在醋酸鹽電解液1.5mol/L Zn(Ac)2和3moI/L LiAc中通過循環(huán)伏安法來研究招合金的電化學行為，電壓范圍為I. 0-2. 4V，鋁合金在2. 4V下表面發(fā)生鈍化。實施例1-5以鋁合金為工作電極，鋅電極為對電極和參比電極，在硫酸鹽電解液2mol/L 21^04和211101/1 Li2SO4中通過循環(huán)伏安法來研究鋁合金的電化學行為，電壓范圍為I. 0-2. 4V，鋁合金在2. 4V下表面發(fā)生鈍化。圖8和圖9分別為實施例1-4和1-5中鋁合金在醋酸鹽和硫酸鹽電解液中的CV曲線。在圖8中，首次陽極掃描時出現(xiàn)了顯著的氧化峰，電流略微出現(xiàn)波動，這一現(xiàn)象可能歸因于鋁合金表面的氧化或離子吸附產生的非法拉第電流或其他過程。鋁合金在2. 4V時表面被電化學氧化，形成鈍化膜，第一次陽極掃描后，在1.0-2. IV均沒有任何峰,并且O2析出電勢向高電勢遷移，析氧電流變小。表明經(jīng)過電化學鈍化后的鋁合金在水系電池工作電壓范圍內非常穩(wěn)定。實施例1-6以石墨箔為工作電極，鋅電極為對電極和參比電極，在鹽酸鹽電解液4mol/LZnCl2和3mol/L LiCl中通過循環(huán)伏安法來研究石墨箔的電化學行為。實施例1-7以未經(jīng)鈍化處理的不銹鋼為工作電極，鋅電極為對電極和參比電極，在鹽酸鹽電解液4mol/L ZnCl2和311101/1 LiCl中通過循環(huán)伏安法來研究未經(jīng)鈍化處理的不銹鋼的電化學行為。圖10和圖11分別為實施例1-6和1-7的CV曲線。通過CV曲線可以看出石墨箔在氯酸鹽溶液中相對穩(wěn)定，除了在高電勢下發(fā)生氧的析出之外，在整個電化學窗口下沒有出現(xiàn)明顯的氧化或還原峰，這一現(xiàn)象論證了碳基材料適合在氯酸鹽溶液中作為集流體，而未經(jīng)鈍化處理的不銹鋼不太適合于氯酸鹽溶液。通過Tafel曲線，構建三電極體系來測試不同集流體在醋酸鹽電解液中的腐蝕速率。實施例2-1
以鋁箔為工作電極，鋅為對電極和參比電極，在醋酸鹽電解液I. 511101/1211(4(3)2和3mol/L LiAc中，通過Tafel曲線來研究鋁箔的腐蝕行為。實施例2-2以不銹鋼304棒作為工作電極，其余三電極組成和測試條件同實施例2-1。實施例2-3以石墨棒作為工作電極，其余三電極組成和測試條件同實施例2-1。實施例2-4以鋁合金作為工作電極，其余三電極組成和測試條件同實施例2-1。
實施例2-5以鈍化的不銹鋼304作為工作電極，其余三電極組成和測試條件同實施例2-1。具體不銹鋼是通過化學鈍化處理的。實施例2-6以鈍化的鋁合金為工作電極，其余三電極組成和測試條件同實施例2-1。鋁合金是通過電化學鈍化處理的，對鋁合金進行充放電，充放電循環(huán)I次。實施例2-7以鈍化的鋁合金作為工作電極，其余三電極組成和測試條件同實施例2-1。具體鋁合金是通過電化學鈍化處理的，對鋁合金進行充放電，電化學鈍化充放電循環(huán)50次。腐蝕電流可以從Tafel曲線和式I得到?；诠ぷ麟姌O的面積、密度以及可能的腐蝕機理(在腐蝕過程中電子遷移的數(shù)量)，得到如表I所示的幾種不同正極集流體的腐蝕速率，其中。R為腐蝕電阻，1。。 為腐蝕電流。
權利要求
1.一種電池,包括正極,負極和電解液， 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，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子； 所述負極至少包括負極集流體； 所述電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使所述電解質電離的溶劑；所述電解質能夠電離出至少一種充放電過程中在所述負極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子； 其特征在于所述負極集流體表面形成有多孔層或石墨烯層，所述多孔層具有微米或亞微米或納米級孔隙。
2.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述多孔層或石墨烯層的厚度范圍為.O. 05-lmmo
3.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述微米或亞微米級孔隙占所述多孔層的體積范圍為50-95%。
4.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述納米級孔隙占所述多孔層的體積范圍為 10-99% ο
5.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述納米級孔隙的平均直徑的范圍為l_150nmo
6.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述多孔層的材料選自碳基材料。
7.根據(jù)權利要求6所述的電池，其特征在于所述碳基材料選自科琴碳黑、活性碳、碳納米管、碳纖維、石墨中的至少一種。
8.根據(jù)權利要求6所述的電池，其特征在于所述碳基材料為活性碳粉末與粘結劑的混合物，所述活性碳粉末占所述多孔層的重量百分比范圍為20-99%。
9.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述負極還包括形成于所述負極集流體表面的負極活性物質，所述負極活性物質在所述電池放電過程中能夠氧化-溶解為所述活性離子。
10.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述負極集流體的材料選自金屬Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或經(jīng)過鈍化處理的上述金屬中的一種。
11.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述負極集流體的材料選自碳基材料、不銹鋼、娃或具有鍍/涂層的金屬，所述鍍/涂層含有C、Sn、In、Ag、Pb、Co、Zn的單質、合金、或者氧化物中至少一種。
12.根據(jù)權利要求11所述的電池，其特征在于所述鍍/涂層的厚度范圍在I-IOOOnm之間。
13.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述活性離子包括金屬離子，所述金屬選自Zn、Fe、Cr、Cu、Mn、Ni中的至少一種。
14.根據(jù)權利要求13所述的電池，其特征在于所述金屬離子以氯酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽、甲酸鹽、磷酸鹽中的至少一種形式存在于所述電解液中。
15.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入鋰離子、鈉離子、鋅離子或者鎂離子。
16.根據(jù)權利要求I所述的電池，其特征在于所述正極集流體的材料選自石墨、不銹鋼、鋁合金、經(jīng)過鈍化的不銹鋼或鋁合金。
17.—種電池,包括正極、負極、電解液， 所述正極包括正極活性物質，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子； 所述負極包括參與電化學反應的負極活性物質； 所述電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使所述電解質電離的溶劑； 所述電解質能夠電離出至少一種充放電過程中在所述負極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子或/和至少一種充放電過程中在所述正極能夠可逆脫出-嵌入的離子，所述負極活性物質在放電過程中能夠氧化-溶解為所述活性離子； 其特征在于所述負極還包括形成于所述負極活性物質表面的多孔層或石墨烯層，所述多孔層具有微米或亞微米或納米級孔隙。
18.—種電池,包括正極、負極、電解液和隔膜， 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，所述正極活性物質是能夠可逆脫出-嵌入離子的化合物； 所述負極是不參與電化學反應的電化學惰性導電電極； 所述電解液是水溶液，至少含有在充放電過程中在所述負極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的金屬離子； 其特征在于所述負極包括負極集流體和形成于所述負極集流體表面的具有微米孔隙的多孔層。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種電池，包括正極，負極和電解液，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，所述正極活性物質能夠可逆脫出-嵌入離子；所述負極至少包括負極集流體；所述電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使所述電解質電離的溶劑；所述電解質能夠電離出至少一種充放電過程中在所述負極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子；所述負極表面形成有多孔層或石墨烯層，所述多孔層具有微米或亞微米或納米級孔隙。本發(fā)明提供的電池操作安全，生產成本低，循環(huán)性能優(yōu)良并且壽命長久，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。
文檔編號H01M4/02GK102903924SQ20121017872
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月3日 優(yōu)先權日2011年6月3日
發(fā)明者陳璞, 王靜 申請人:蘇州寶時得電動工具有限公司, 陳璞