可交流充電和/或放電的電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池，通過(guò)使用三種電極實(shí)現(xiàn)交流電的電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化的、 可交流充電和/或放電的電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 電池按可否重復(fù)使用（充電）分為一次電池和二次電池。一次電池?zé)o法重復(fù)使用， 例如有碳鋅電池、堿性電池、汞電池、鋰電池等。二次電池可充電重復(fù)使用，例如有：鎳鎘二 次電池、鎳氫二次電池、鋰離子二次電池、鉛酸電池、太陽(yáng)能電池等。
[0003] -般而言，傳統(tǒng)的電池具有正極和負(fù)極這兩種電極，其通過(guò)將直流電的電能或光 能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，來(lái)進(jìn)行蓄電。與此相對(duì)，作為用于充電的供給電源，除了太陽(yáng)能電池板以 外，均是以交流的形式提供電能。
[0004] 另一方面，在放電時(shí)，伴隨著正負(fù)極之間發(fā)生的離子移動(dòng)、以及各電極上發(fā)生的化 學(xué)反應(yīng)，由二次電池產(chǎn)生直流電壓和直流電流。與此相對(duì)，一些用電設(shè)備使用交流電。
[0005] 也就是說(shuō)，存在的問(wèn)題是：幾乎全部的發(fā)電機(jī)均是交流電發(fā)生裝置，且相當(dāng)一部分 用電設(shè)備需要使用交流電，但是，傳統(tǒng)的二次電池卻只能以直流進(jìn)行充電_放電。
[0006] 為了解決交流-直流之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，需要使用整流器（rectifier，將交流電轉(zhuǎn) 換為直流電）和逆變器（inverter，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電）?，F(xiàn)有的二次電池只能以直流 進(jìn)行操作，因而，通過(guò)使用整流器將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流來(lái)對(duì)二次電池進(jìn)行充 電，并且，在二次電池以直流放電時(shí)，使用逆變器轉(zhuǎn)換為交流。
[0007] 然而，整流器、逆變器的制造成本高，且一次交流-直流轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換效率僅為約 80%，存在較大的能量損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中長(zhǎng)期存在的技術(shù)問(wèn)題，其目的在于提供一種新型電 池，其本身可以以交流電壓或交流電流進(jìn)行充電和/或放電。
[0009] 本發(fā)明人為解決上述技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過(guò)在傳統(tǒng)的具備正 極和負(fù)極的電池中配置電極電勢(shì)位于兩者之間的中間極，可以使電池本身以交流電壓或交 流電流進(jìn)行充電和/或放電，從而完成了本發(fā)明。
[0010] 即，本發(fā)明包括：
[0011] 1. 一種可交流充電和/或放電的電池，其具備正極和負(fù)極，其特征在于，還具備中 間極。
[0012] 2.根據(jù)項(xiàng)1所述的電池，其中，所述中間極包括中間極活性物質(zhì)和中間極集電體。
[0013] 3.根據(jù)項(xiàng)1或2所述的電池，其中，所述正極包括正極活性物質(zhì)和正極集電體，和 /或所述負(fù)極包括負(fù)極活性物質(zhì)和負(fù)極集電體。
[0014] 4.根據(jù)項(xiàng)1~3中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述正極的電極電勢(shì)Ep>所述中間極 的電極電勢(shì)Em>所述負(fù)極的電極電勢(shì)En。
[0015] 5.根據(jù)項(xiàng)1~4中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述正極集電體、負(fù)極集電體、中間極 集電體中的至少一個(gè)是多孔集電體。
[0016] 6.根據(jù)項(xiàng)1~5中的任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述中間極集電體是多孔集電體。
[0017] 7.根據(jù)項(xiàng)5或6所述的電池，其中，所述多孔集電體是網(wǎng)狀、海綿狀、無(wú)紡布狀或貫 通孔狀。
[0018] 8.根據(jù)項(xiàng)5~7中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述多孔集電體由選自金屬材料、導(dǎo) 電性有機(jī)材料和半導(dǎo)體材料中的至少一種材料制成。
[0019] 9.根據(jù)項(xiàng)1~8中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述中間極配置在所述正極與所述負(fù) 極之間。
[0020] 10.根據(jù)項(xiàng)1~9中任一項(xiàng)所述的電池，其中，至少在所述中間極與所述正極、和/ 或所述中間極與所述負(fù)極之間設(shè)置有隔膜。
[0021] 11.根據(jù)項(xiàng)1~10中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述中間極的電阻在0.001歐姆~ 1000歐姆的范圍內(nèi)。
[0022] 12.根據(jù)項(xiàng)1~11中任一項(xiàng)所述的電池，其為二次電池。
[0023] 13.根據(jù)項(xiàng)12所述的電池，其中，所述二次電池為鎳氫二次電池、鎳鎘二次電池、 鉛酸電池、鋰離子二次電池或鈉離子二次電池。
[0024] 14.根據(jù)項(xiàng)1~13中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述電池是鋰離子二次電池。
[0025] 15.根據(jù)項(xiàng)14所述的電池，其中，充放電過(guò)程中，所述正極的電極電勢(shì)在0.5~2V (相對(duì)于氫標(biāo)準(zhǔn)電極）的范圍內(nèi)變化。
[0026] 16.根據(jù)項(xiàng)14所述的電池，其中，充放電過(guò)程中，所述中間極的電極電勢(shì) 在-1. 75~0. 75V(相對(duì)于氫標(biāo)準(zhǔn)電極）的范圍內(nèi)變化。
[0027] 17.根據(jù)項(xiàng)14所述的電池，其中，充放電過(guò)程中，所述負(fù)極的電極電勢(shì)在-3. 04~ 0. 5V(相對(duì)于氫標(biāo)準(zhǔn)電極）的范圍內(nèi)變化。
[0028] 18.根據(jù)項(xiàng)1~13中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述電池是鎳氫二次電池或鎳鎘 二次電池,且充放電過(guò)程中，所述中間極的電極電勢(shì)在-〇. 34~0. 08V(相對(duì)于氫標(biāo)準(zhǔn)電極） 的范圍內(nèi)變化。
[0029] 19.根據(jù)項(xiàng)1~13中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述電池是鉛酸電池，且充放電過(guò) 程中，所述中間極的電極電勢(shì)在0. 56~0. 74V(相對(duì)于氫標(biāo)準(zhǔn)電極）的范圍內(nèi)變化。
[0030] 20. 一種電池模塊（module)，其包含項(xiàng)1~19中任一項(xiàng)所述的電池、以及開(kāi)關(guān)兀 件。
[0031] 21.根據(jù)項(xiàng)20所述的電池模塊，其中，所述電池與所述開(kāi)關(guān)元件電連接。
[0032] 22.根據(jù)項(xiàng)20或21所述的電池模塊，其中，所述開(kāi)關(guān)元件為雙極性晶體管 (bipolartransistor)〇
[0033] 23.根據(jù)項(xiàng)20~22中任一項(xiàng)所述的電池模塊，其中，該電池模塊中不包含整流器 (rectifier)或逆變器（inverter)〇
[0034] 24. -種電路，其包含用電器，且包含項(xiàng)1~19中任一項(xiàng)所述的電池或項(xiàng)20~23 中任一項(xiàng)所述的電池模塊作為電源。
[0035]25.根據(jù)項(xiàng)24所述的電路，其中，該電路中不包含整流器（rectifier)或逆變器 (inverter)〇
[0036] 26. -種用電設(shè)備，其包含項(xiàng)24或25所述的電路。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的電池，其本身可以以交流進(jìn)行充電和/或放電，而無(wú)需借助整流器 或逆變器，能夠降低供電成本以及因交流-直流的轉(zhuǎn)換造成的能量損失。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1是對(duì)用三種電極產(chǎn)生交流電的過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0039] 圖2為顯示本發(fā)明的具有三種電極的可交流充放電的電池的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的 模式圖。
[0040] 圖3使用銅多孔箔作為中間極集電體時(shí)獲得的三電極二次電池的交流電壓波形 的一個(gè)例子。
[0041] 圖4使用銅多孔箔作為中間極集電體時(shí)獲得的三電極二次電池的交流電流波形 的一個(gè)例子。符號(hào)說(shuō)明
[0042] (1)負(fù)極片
[0043] (2)負(fù)極極耳
[0044] (3)隔膜
[0045] (4)中間極
[0046] (5)中間極極耳
[0047] ⑶隔膜
[0048] (7)正極片
[0049] ⑶正極極耳
【具體實(shí)施方式】
[0050] 為了更加清楚地顯現(xiàn)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和技術(shù)效果，下面將結(jié)合附圖對(duì)本 發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，所描述的實(shí)施方式僅是本發(fā)明的部分而非 全部實(shí)施方式。
[0051] 1?電池
[0052] 在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供一種電池（本發(fā)明的電池），其能夠以交流電壓和/ 或交流電流進(jìn)行充電和/或放電。本發(fā)明的電池包括正極和負(fù)極。所述正極可以包括正極 活性物質(zhì)和正極集電體，所述負(fù)極可以包括負(fù)極活性物質(zhì)和負(fù)極集電體。本發(fā)明的電池還 包括中間極，該中間極可以包括中間極活性物質(zhì)和中間極集電體。而且，本發(fā)明的電池中， 在將所述正極的電極電勢(shì)表示為Ep、所述中間極的電極電勢(shì)表示為Em、所述負(fù)極的電極電 勢(shì)表示為En的情況下，滿足Ep>Em>En。
[0053] 這里，電極電勢(shì)表示電極得失電子能力的相對(duì)強(qiáng)弱，可以用字母E來(lái)表示。電極電 勢(shì)的大小主要取決于電極的本性，并受溫度、介質(zhì)和離子濃度等因素的影響。各種電極的 電極電勢(shì)的值，可以通過(guò)以某種電極的電極電勢(shì)作標(biāo)準(zhǔn)與其它各待測(cè)電極組成電池，并測(cè) 定該電池的電動(dòng)勢(shì)來(lái)確定。電極的電極電勢(shì)可以是例如標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。例如，可以采用標(biāo) 準(zhǔn)氫電極作為標(biāo)準(zhǔn)電極，使其與待測(cè)電極在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下組成電池，測(cè)定該電池的電動(dòng)勢(shì)值， 并利用直流電壓表確定電池的正負(fù)極，即可根據(jù)E4ffi =E-E1ik計(jì)算各種電極的標(biāo)準(zhǔn)電極 電勢(shì)的相對(duì)數(shù)值。兩個(gè)電極的電極電勢(shì)的比較是本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)，可以通過(guò)例如，用這兩 個(gè)電極組成電池，并利用直流電壓表確定電池的正負(fù)極來(lái)進(jìn)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò) 依常規(guī)對(duì)電極材料（主要是對(duì)電極活性物質(zhì)的選擇）、溫度、介質(zhì)和離子濃度等因素進(jìn)行選 擇，來(lái)實(shí)現(xiàn)Ep>Em>En。
[0054] 對(duì)于本發(fā)明的電池的類型沒(méi)有特殊限制，但優(yōu)選其為二次電池，例如為鎳氫二次 電池、鎳鎘二次電池、鉛酸電池、鋰離子二次電池或鈉離子二次電池。
[0055] 1-1.電極活件物質(zhì)
[0056] 所稱的"活性物質(zhì)"是指在二次電池內(nèi)部接受-釋放陽(yáng)離子（正離子，例如鋰離子 等)、同時(shí)從（向)外部電路接受-釋放電子的材料。對(duì)于所述正極活性物質(zhì)和所述負(fù)極活性 物質(zhì)并無(wú)特殊限制，可以使用本技術(shù)領(lǐng)域通常使用的正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)。對(duì)于 選定的正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)，中間極活性物質(zhì)只要使用電極電勢(shì)介于上述兩者之 間的物質(zhì)即可，并無(wú)特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要具體選擇合適的中間極活性 物質(zhì)。優(yōu)選中間極活性物質(zhì)的電極電勢(shì)接近選定的正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)的中值。 這里，"接近中值"是指：Em在En+0. 2 (更優(yōu)選0. 3、更優(yōu)選0. 4、更優(yōu)選0. 45)* (Ep-En)~ Ep-O. 2 (更優(yōu)選0.