一种高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构及其应用

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构及其应用。

背景技术

近年来，可再生能源取代化石燃料，这是去碳化进程中具有里程碑意义的进展。同时，阶段性可再生能源如风能发电和太阳能发电在市场中的渗透率持续增长，这导致对廉价、安全和耐用的电化学储能技术的迫切需求的增长。现有技术中，广泛应用中的锂离子电池也存在着不断积累的障碍，主要原因在于其依赖于毒性强并易燃的有机电解质以及稀缺的电极原料，使其在大规模储能领域的产业化受到一定限制。

为了应对大规模储能需求的紧迫性，我们急需探索更为安全和高效的储能体系。在各类二次电池中，水基电池作为一种新兴技术，由于其成本优势、简单的组装工艺、采用相对更为安全的水溶液作为电解质以及出众的离子传导率，被视为大规模储能应用的有力候选。而将水系单体电池进行集成化的结构设计对于水系电池的规模化使用将起到加速化进程。

现有技术中，电池结构包括串联和并联两种连接方式，中国专利CN203277539U，公开了一种高电压镍氢电池结构，各电池单体之间通过弹性绝缘垫板隔离，且各电池单体通过金属跨接片相互串联。该技术方案中弹性绝缘垫板仅起到了离子绝缘的作用，用于阻止单体电池之间的内部反应，防止电池发生短路现象；通过金属跨接片连接实现导电性能，将各个单体电池进行串联。该电池结构连接构件复杂，一方面会导致成本的升高，另一方面在组装过程中金属片之间容易发生接触，易造成短路风险，影响电池的稳定性。并联式电池是将各电池单元依次叠放后接线完成组装。串联电池与并联电池具有不同的组装方式，现有技术中，很难实现串联电池与并联电池的简单切换，因此串联电池和并联电池通常是固定使用。

另外，电池在组装过程中，电池单体的串联与并联通常都是通过极耳-极耳胶或导电胶-极耳的方式相连，然后再通过与设置在电池壳体的极柱连接，该连接方式会造成一定的电子损耗，从而影响电池的效能。

鉴于此，有必要提供一种新的电池结构解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种新的电池结构。

本发明的第一个方面是提供一种高电压叠片式水系电池结构，结构简单，电池循环稳定性好。其技术方案是：

一种高电压叠片式水系电池结构，包括设有电池组正极柱和电池组负极柱的电池壳体、设于所述电池壳体内的多个电池单体、设于相邻两个电池单体之间且具有离子绝缘性和高电子电导性的疏水膜，每个电池单体包括依次叠设的正极片、隔膜和负极片，所述正极片和负极片上设有极耳，所述疏水膜的材料为聚四氟乙烯和导电碳结合物，多个电池单体通过所述疏水膜相互串联，多个电池单体串联后与电池组正极柱和电池组负极柱连接。

进一步地，疏水膜的材料中，聚四氟乙烯和导电碳的质量比为1:0.1～1:0.8，优选为1：0.5。聚四氟乙烯一方面起到离子绝缘性能的作用，另一方面也作为疏水膜的支撑体，通过设定聚四氟乙烯和导电碳的配比，在保证具有一定力学性能、不会在装配过程中破损的前提下，以提高作为导电作用的导电碳的量，以提高材料的导电性能。

进一步地，多个电池单体串联后，第一个电池单体正极片的极耳与第一极柱固定连接，最后一个电池单体负极片的极耳与第二极柱固定连接，所述第一极柱和第二极柱分别与电池组正极柱和电池组负极柱连接。

本发明的第二个方面是提供一种高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构，串联方式和并联方式可实现便捷式的切换。其技术方案如下：

一种高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构，包括设有电池组正极柱和电池组负极柱的电池壳体、设于所述电池壳体内的多个电池单体、用于隔离多个电池单体的隔离件；

每个电池单体包括依次叠设的正极片、隔膜和负极片，所述正极片和负极片上设有极耳；

当多个所述电池单体串联形成高电压电池结构时，所述隔离件为具有离子绝缘性和高电子电导性的疏水膜，其材料为聚四氟乙烯和导电碳结合物；高电压电池结构的连接方式为：第一个电池单体正极片的极耳与第一极柱固定连接，最后一个电池单体负极片的极耳与第二极柱固定连接，所述第一极柱和第二极柱分别与电池组正极柱和电池组负极柱连接；

当多个所述电池单体并联形成高容量电池结构时，所述隔离件为用于将正负极活性物质直接接触相分隔的隔离膜，所述隔离膜为玻璃纤维隔膜；高容量电池结构的连接方式为：多个电池单体正极片的极耳与第三极柱固定连接，多个电池单体负极片的极耳与第四极柱固定连接，所述第三极柱和第四极柱分别与电池组正极柱和电池组负极柱连接。其中，隔离膜的材料与电池单体中正极片与负极片之间的隔膜材料相同。

进一步地，疏水膜的材料中，聚四氟乙烯和导电碳的质量比为1:0.1～1:0.8，优选为1：0.5。

进一步地，所述第一极柱、第二极柱、第三极柱和第四极柱分别包括平行板、设于所述平行板一端接线柱，且所述第一极柱、第二极柱、第三极柱和第四极柱的平行板与对应位置的极耳通过螺栓固定连接，所述接线柱与电池组正极柱/电池组负极柱连接。

进一步地，所述极耳上设有第一螺纹孔，所述平行板上对应设有与第一螺纹孔匹配的第二螺纹孔，螺栓穿过第一螺纹孔和第二螺纹孔，并通过螺母锁紧。

进一步地，所述电池壳体包括本体、盖合于所述本体的盖体、以及设于所述盖体的排气阀，所述电池组正极柱和电池组负极柱设于所述盖体。

进一步地，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。

进一步地，设定正极片的长度为x，宽度为y；正极片的极耳长度为x/4～x/2，宽度为y/3；

负极片的长度为x+0.3，宽度为y+0.3；负极片的极耳长度为(x+0.3)/4～(x+0.3)/2，宽度为(y+0.3)/3；

隔膜/疏水膜/隔离膜的长度为x+0.5，宽度为y+0.5。

本发明的第三个方面是提供第一方面的高电压叠片式水系电池结构在光伏储能中的应用。

本发明的第四个方面是提供第二方面的高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构在光伏储能中的应用。

与现有技术相比，本发明提供的高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构，有益效果在于：

一、本发明提供的高电压叠片式水系电池结构，各电池单体串联时，电池单体之间的隔离件为具有离子绝缘性和高电子电导性的疏水膜，疏水膜的材料为聚四氟乙烯和导电碳结合物，具有高电子电导性和离子绝缘性，应用于高电压电极叠片电池结构中，发挥传导电子而不导离子的作用，保证各电池单体电子传导的同时，抑制不同单体电池之间的相互反应。因此疏水膜作为隔离件的高压电池结构，各电池单体之间无需其他金属连接构件即可实现电池单体的电连接，电池单体串联结构简单，并可防止发生短路风险，提高电池的稳定性。

二、本发明提供的高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构，高电压电池和高容量电池的切换是通过更换电池单体之间的隔离件实现，当单体电池串联时，隔离件为疏水膜，当电池单体并联时，所用隔离件为隔膜。隔膜与疏水膜的置换即可实现高电压电池和高容量电池的切换，该切换方式简单便捷，可便于高电压/高容量电池的灵活应用。

三、本发明提供的高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构，各电池单体的连接方式采用极柱与极耳固定连接，再通过极柱引出至电池壳体的电池组正极柱/负极柱，极柱同时具有连接电池单体和引出的两个作用，一方面可防止电池在使用过程中极耳连接处产生松动，从而提高了电池单体极耳连接的稳定性，保证了电池的循环稳定性；另一方面，可减少现有技术中电池单体连接时采用极耳胶连接而产生的电子损耗问题，提高电池效能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构的示意图；

图2为本发明实施例1中高容量叠片电池的组装流程示意图；

图3为本发明水系电池用方形电池组装示意图；

图4为实施例1的高容量叠片电池充放电循环时间-电压曲线图；

图5为本发明实施例2中高电压叠片电池的组装流程示意图；

图6为实施例2的高电压叠片电池充放电循环容量-电压曲线图；

图7为实施例3的高容量叠片电池应用于光伏储能的电池容量-电压倍率曲线图；

图8为实施例4的高电压叠片电池的充放电循环时间-电压曲线图

图9为实施例4的高电压叠片电池应用于光伏储能的电池容量-电压曲线图；

图10为对比例1的高电压叠片电池的充放电循环时间-电压曲线图；

图11为对比例2的高电压叠片电池的充放电循环时间-电压曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。

请参阅图1，为本发明的高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构的示意图。本发明的高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构，包括电池壳体1、设于所述电池壳体内的多个电池单体2、用于隔离多个电池单体的隔离件3、以及用于连接电池单体与电池组正极柱/电池组负极柱的连接件4。

其中，电池壳体1包括本体11、盖合于本体11的盖体12、设于盖体12的电池组正极柱13和电池组负极柱14。优选地，在盖体12上设置排气阀15，用于使电池内部处于密闭环境，避免电解液挥发。

每个电池单体2包括依次叠设的正极片21、隔膜22和负极片23，正极片和负极片上分别设有极耳24。

隔离件3可以为疏水膜，其材料为聚四氟乙烯和导电碳结合物，聚四氟乙烯与导电碳的质量比为1:0.1-0.8；也可以为一般的玻璃纤维隔膜。当隔离件3为疏水膜时，由于其材料具有离子绝缘性和高电子电导性，此时多个电池单体叠片形成串联连接的高电压电池结构，只需将第一个电池单体正极片的极耳、最后一个电池单体负极片的极耳分别与电池组正极柱11/电池组负极柱12连接即可完成高电压电池的组装；当隔离件3为隔离膜时，隔离膜用于将正负极活性物质直接接触相分隔，并导通离子，此时多个电池单体叠片形成并联连接的高容量电池结构，需要将所有电池单体正极片的极耳、所有电池单体负极片的极耳分别与电池组正极柱11/电池组负极柱12连接即可完成高容量电池的组装。

连接件4则用于连接电池单体正极片的极耳、以及电池单体负极片的极耳，并作为电池单体接线的引出件，与电池组正极柱/电池组负极柱。本发明中，连接件4为极柱。具体的，连接方法为：

当多个电池单体串联连接时，连接件4包括第一极柱41和第二极柱42。第一个电池单体正极片的极耳与第一极柱41固定连接，最后一个电池单体负极片的极耳与第二极柱42固定连接，第一极柱41和第二极柱42分别与电池组正极柱11/电池组负极柱12连接。

当多个电池单体并联连接时，连接件包括第三极柱43和第四极柱44。多个电池单体正极片的极耳与第三极柱43固定连接，多个电池单体负极片的极耳与第四极柱44固定连接，第三极柱43和第四极柱44分别与电池组正极柱11/电池组负极柱12连接。

第一极柱、第二极柱、第三极柱、第四极柱分别与对应位置的极耳固定连接的方式可以为螺栓连接。

需要说明的是，第一极柱、第二极柱、第三极柱、第四极柱的结构相同，具体为：分别包括平行板45、设于平行板45一端的接线柱46。采用螺栓与对应的极耳固定连接的方式，对应的，极耳和极柱的平行板45上均需要设置孔径相匹配的螺纹孔，如极耳上设有第一螺纹孔(未标号)，平行板上设置与第一螺纹孔匹配的第二螺纹孔(未标号)，螺栓47穿过第一螺纹孔和第二螺纹孔，并通过螺母48锁紧。

本发明中，设定正极片的长度为x，宽度为y；正极片的极耳长度为x/4～x/2，宽度为y/3；

负极片的长度为x+0.3，宽度为y+0.3；负极片的极耳长度为(x+0.3)/4～(x+0.3)/2，宽度为(y+0.3)/3；

隔膜/疏水膜的长度为x+0.5，宽度为y+0.5。

以下通过具体的实施例对本发明的高电压/高容量可切换叠片式水系电池结构及其性能进行详细阐述。当隔离件为疏水膜时，电池为高电压叠片式水系电池；当隔离件为隔膜时，电池为高容量叠片式水系电池。

实施例1(高容量叠片电池)

请结合参阅图2和图3，一种高容量叠片式水系电池结构，其组装方法如下：

(1)准备长度为10.5cm，宽度为8.5cm的隔膜；长度为10cm，宽度为8cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的二氧化锰正极片(双层涂覆)；将2mol/L硫酸锌和0.2mol/L硫酸锰水系电解液加入至正极片与隔膜中进行润湿操作，并静置5分钟；

(2)准备长度为10.3cm，宽度为8.3cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的锌负极片；

(3)进行并联叠片以得到高容量电极叠片电池，按照正极片-隔膜-负极片-隔离膜-正极片的叠片方式。通过加热方式，利用热塑膜将其紧密包覆，得到双层叠片电池(即两个电池单体)。将两个电池单体正极片的极耳处和负极片的极耳处均钻螺纹孔，得到半径为1cm的孔；

(4)将准备好的两个极柱(平行板带有半径为1cm的螺纹孔)分别与两个正极片极耳处的螺纹孔、负极片极耳处的螺纹孔对准贴合，而后将两个半径为1cm的螺栓分别穿过以上两个贴合好的孔，并用对应大小的螺母拧紧；

(5)将叠片电池置于电池壳体中，将盖体紧密闭合，极柱引出与电池组正极柱和电池组负极柱连接，并将排气阀闭合，得到实施例1的高容量叠片式水系电池结构。

在0.8V～1.8V的工作电压下，对该电池结构进行充放电测试，得到对应的充放电循环时间-电压曲线，如图4所示。由图4可以看出，该电池可稳定循环20天，该高容量叠片电池采用极柱与极耳连接，并通过极柱引出的方式，可保证电池具有稳定的循环性能，说明了该连接方式的有效性。

实施例2(高电压叠片电池)

请结合参阅图3和图5，一种高电压叠片式水系电池结构，其组装方法如下：

(1)准备长度为10.5cm，宽度为8.5cm的隔膜；长度为10cm，宽度为8cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的二氧化锰正极片(单层涂覆)；将2mol/L硫酸锌和0.2mol/L硫酸锰水系电解液加入至隔膜与正极片中进行润湿操作，并静置5分钟；

(2)准备长度为10.3cm，宽度为8.3cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的锌负极片；

(3)进行串联叠片以得到高电压电极叠片电池，按照正极片-隔膜-负极片-疏水膜-正极片-隔膜-负极片的叠片方式。通过加热方式，利用热塑膜将其紧密包覆，得到双层叠片电池(两个电池单体)。将第一个单体电池正极片的极耳处和最后一个单体电池负极片的极耳处均钻螺纹孔，得到半径为1cm的孔。其中疏水膜材料为聚四氟乙烯和导电碳结合物，聚四氟乙烯和导电碳的质量比为1:0.5；

(4)将准备好的两个极柱(平行板带有半径为1cm的螺纹孔)分别与正极片极耳处的螺纹孔、负极片极耳处的螺纹孔对准贴合，而后将两个半径为1cm的螺栓分别穿过以上两个贴合好的孔，并用对应大小的螺母拧紧；

(5)将叠片电池置于电池壳体中，将盖体紧密闭合，极柱引出与电池组正极柱和电池组负极柱连接，并将排气阀闭合，得到实施例2的高电压叠片式水系电池结构。

在2.4～5.0V(在5.0V恒压充电)工作电压下进行充放电测试，其充放电循环容量-电压曲线如图6所示。由图6可以看出，在2.4～5.0V的工作电压下，其可以稳定循环，并实现约650mAh的容量性能。

实施例3

一种高容量叠片式水系电池结构，其组装方法如下：

(1)准备长度为4.5cm，宽度为5.5cm的隔膜；长度为4cm，宽度为5cm，极耳长度为1.5cm，宽度为1.5cm的二氧化锰正极片(双层涂覆)；将2mol/L硫酸锌和0.2mol/L硫酸锰水系电解液加入至正极片与隔膜中进行润湿操作，并静置5分钟；

(2)准备长度为4.3cm，宽度为5.3cm，极耳长度为1.5cm，宽度为1.5cm的锌负极片；

(3)进行并联叠片以得到高容量电极叠片电池，按照正极片-隔膜-负极片-隔离膜-正极片-隔膜-负极片的叠片方式。通过加热方式，利用热塑膜将其紧密包覆，得到双层叠片电池(即两个电池单体)。将两个电池单体正极片的极耳处和负极片的极耳处均钻螺纹孔，得到半径为0.5cm的孔；

(4)将准备好的两个极柱(平行板带有半径为0.5cm的螺纹孔)分别与两个正极片极耳处的螺纹孔、负极片极耳处的螺纹孔对准贴合，而后将两个半径为0.5cm的螺栓分别穿过以上两个贴合好的孔，并用对应大小的螺母拧紧；

(5)将叠片电池置于电池壳体中，将盖体紧密闭合，极柱引出与电池组正极柱和电池组负极柱连接，并将排气阀闭合，得到实施例3的高容量叠片式水系电池结构。

(6)将该水系电池结构与太阳能板相结合，应用于光伏储能，其倍率测试如图7所示，其可以满足不同放电电流密度下的正常工作。由图7可以看出，在低电流密度(如1mA·cm

实施例4

一种高电压叠片式水系电池结构，其组装方法如下：

(1)准备长度为10.5cm，宽度为8.5cm的隔膜；长度为10cm，宽度为8cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的二氧化锰正极片(单层涂覆)；将2mol/L硫酸锌和0.2mol/L硫酸锰水系电解液加入至隔膜与正极片中进行润湿操作，并静置5分钟；

(2)准备长度为10.3cm，宽度为8.3cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的锌负极片；

(3)进行串联叠片以得到高电压电极叠片电池，按照正极片-隔膜-负极片-疏水膜-正极片-隔膜-负极片的叠片方式。通过加热方式，利用热塑膜将其紧密包覆，得到双层叠片电池(两个电池单体)。将第一个单体电池正极片的极耳处和最后一个单体电池负极片的极耳处均钻螺纹孔，得到半径为1cm的孔。其中疏水膜材料为聚四氟乙烯和导电碳结合物，聚四氟乙烯和导电碳的质量比为1:0.5；

(4)将准备好的两个极柱(平行板带有半径为1cm的螺纹孔)分别与正极片极耳处的螺纹孔、负极片极耳处的螺纹孔对准贴合，而后将两个半径为1cm的螺栓分别穿过以上两个贴合好的孔，并用对应大小的螺母拧紧；

(5)将叠片电池置于电池壳体中，将盖体紧密闭合，极柱引出与电池组正极柱和电池组负极柱连接，并将排气阀闭合，得到实施例4的高电压叠片式水系电池结构。

在1.6V～3.6V的工作电压下，对该电池结构进行充放电测试，得到对应的充放电循环时间-电压曲线，如图8所示。由图8可以看出，采用聚四氟乙烯和导电碳结合物作为疏水膜，并采用串联叠片得到的高电压电极叠片电池可正常充放电过程，可满足设置的高电压工作区间。

(6)将该水系电池结构与太阳能板相结合，应用于光伏储能，其充放电循环如图9所示。由图9可以看出，其可以实现在1.8～2.95V工作电压下的稳定工作，满足储能需求。由于采用太阳能进行充电过程，因此无记录的充电容量-电压曲线，而在太阳能充电完成后进行放电过程，由图9中可看出，其可实现约0.6Ah的容量储能，而该部分能量由太阳能提供。因此实现利用太阳能板发电，而后利用该水系电池结构储能，最后为电子设备供电。该电池结构可稳定实现储能装置作用，实现太阳能板发电-水系电池用方形电池储能-供电于电子设备流程一体化。

对比例1

一种高电压叠片式水系电池结构，其组装方法如下：

(1)准备长度为10.5cm，宽度为8.5cm的隔膜；长度为10cm，宽度为8cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的二氧化锰正极片(单层涂覆)；将2mol/L硫酸锌和0.2mol/L硫酸锰水系电解液加入至隔膜与正极片中进行润湿操作，并静置5分钟；

(2)准备长度为10.3cm，宽度为8.3cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的锌负极片；

(3)进行串联叠片以得到高电压电极叠片电池，按照正极片-隔膜-负极片-疏水膜-正极片-隔膜-负极片的叠片方式。通过加热方式，利用热塑膜将其紧密包覆，得到双层叠片电池(两个电池单体)。将第一个单体电池正极片的极耳处和最后一个单体电池负极片的极耳处均钻螺纹孔，得到半径为1cm的孔。其中疏水膜材料为聚乙烯和导电碳结合物，聚乙烯与导电碳的质量比为1:0.5；

(4)将准备好的两个极柱(平行板带有半径为1cm的螺纹孔)分别与正极片极耳处的螺纹孔、负极片极耳处的螺纹孔对准贴合，而后将两个半径为1cm的螺栓分别穿过以上两个贴合好的孔，并用对应大小的螺母拧紧；

(5)将叠片电池置于电池壳体中，将盖体紧密闭合，极柱引出与电池组正极柱和电池组负极柱连接，并将排气阀闭合，得到对比例1的高电压叠片式水系电池结构；

将对比例1的电池结构进行充放电测试，如图10所示。结合图8和图10可以看出，与实施例4的正常充放电过程相比，其放电时间远低于使用聚四氟乙烯和导电碳结合物疏水膜的高电压电极叠片电池，同时无法进行正常的充电过程。这是因为使用聚乙烯和导电碳结合物作为疏水膜材料时，由于无法满足离子绝缘性要求，使得不同单体电池之间发生相互反应作用；同时聚乙烯和导电碳结合物可实现电子的传导，因此将造成不同单体电池之间的内短路现象，造成放电时间(容量)短、充电无法达到设置电压(充电异常)的现象。由此说明选用聚四氟乙烯和导电碳结合物作为疏水膜材料在离子绝缘性方面的优异性，这是实现高电压叠片电池的基础。

对比例2

一种高电压叠片式水系电池结构，其组装方法如下：

(1)准备长度为10.5cm，宽度为8.5cm的隔膜；长度为10cm，宽度为8cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的二氧化锰正极片(单层涂覆)；将2mol/L硫酸锌和0.2mol/L硫酸锰水系电解液加入至隔膜与正极片中进行润湿操作，并静置5分钟；

(2)准备长度为10.3cm，宽度为8.3cm，极耳长度为3cm，宽度为2.5cm的锌负极片；

(3)进行串联叠片以得到高电压电极叠片电池，按照正极片-隔膜-负极片-疏水膜-正极片-隔膜-负极片的叠片方式。通过加热方式，利用热塑膜将其紧密包覆，得到双层叠片电池(两个电池单体)。将第一个单体电池正极片的极耳处和最后一个单体电池负极片的极耳处均钻螺纹孔，得到半径为1cm的孔。其中疏水膜材料为聚丙烯和导电碳结合物，聚丙烯与导电碳的质量比为1:0.3；

(4)将准备好的两个极柱(平行板带有半径为1cm的螺纹孔)分别与正极片极耳处的螺纹孔、负极片极耳处的螺纹孔对准贴合，而后将两个半径为1cm的螺栓分别穿过以上两个贴合好的孔，并用对应大小的螺母拧紧；

(5)将叠片电池置于电池壳体中，将盖体紧密闭合，极柱引出与电池组正极柱和电池组负极柱连接，并将排气阀闭合，得到对比例2的高电压叠片式水系电池结构。

将对比例2的电池结构进行充放电测试，如图11所示。本实施例中，使用聚丙烯和导电碳结合物作为疏水膜材料，同样无法满足离子绝缘性要求，由于对导电碳进行了减量调控，因此放电情况较聚乙烯和导电碳结合物疏水膜较为改善。但是由充电过程可发现，由于导电碳的减少，使得不同单体电池之间的电子迁移减弱，造成的内短路现象较对比例1程度小，反映在放电过程表现为放电时间延长；外加电流在对该叠片电池进行充电时电子传导减弱，出现长时间充电仍无法达到设置电压现象。这与实施例4的充电过程是截然不同的，说明对比例2采用聚丙烯和导电碳结合物作为疏水膜材料，对应的电池依然无法正常工作。由此可知，疏水膜材料同样需要满足高电子电导性的条件。

由以上两个对比例测试可知，离子绝缘性和高电子电导性是制备高电压叠片电池的疏水膜结构的必要条件。经过对比检测，本发明选用的聚四氟乙烯和导电碳结合物完全满足以上两个条件，可作为疏水膜材料进行使用。

由于本发明的高电压叠片电池采用具有离子绝缘性和高电子电导性的材料作为疏水膜，因此电池单体串联时，各电池单体之间无需通过其他金属部件连接；且由于改变了极耳的连接方式，将正极片、负极片的极耳与极柱通过螺栓连接后引出，再与电池组的正极柱/负极柱连接，该连接方式不仅增加了连接稳定性，还增加了串并联连接切换的可操作性。因此通过更换疏水膜/隔离膜可较为便捷的实现高电压/高容量叠片电池的自由切换，以便于单体电池的灵活应用。

以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。