CN116918017A - 设置有堆叠或卷绕正负极组并设置绝缘层的锂超级电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供了一种超级电容器，包括壳体，其中壳体内设置了若干组负极(1)和正极(2)、位于所述若干组负极(1)和正极(2)中的每个负极(1)和正极(2)之间的第一多孔绝缘层(3)和位于所述若干组负极(1)和正极(2)中的每两个负极(1)和正极(2)中的第二多孔绝缘层(3')。所述负极(1)包括电流收集器(4)，所述电流收集器(4)的两个侧面(5,6)上涂覆了一层不同厚度的同样的活性材料。所述正极(2)包括电流收集器(7)，其中所述电流收集器(7)的任一侧面(8,9)上涂覆了一层多孔的不同的活性材料。

Description

设置有堆叠或卷绕正负极组并设置绝缘层的锂超级电容器
技术领域
本发明涉及一种混合能量存储装置，更具体地说，一种设置有堆叠或卷绕的正负极组并设置有绝缘层的锂超级电容器，以克服日益增长的便携式能量存储需求。
背景技术
电池、超级电容器以及燃料电池等电化学能量存储系统构成了满足日益增加的便携式能量存储需求的潜在解决方案。据报道，传统的超级电容器基于电极/电解质界面中离子吸收和解吸的存储机制相关的快速动力学揭开了高功率密度和长循环寿命的面纱。另外一方面，锂基可充电电池能量密度较高，但是在大批电极活性材料中涉及到法拉第反应进程较慢功率密度又较低。混合电容器由于具有可充电锂电池和超级电容器的优点越来越受到重视。
要满足各种不同的高功率应用比如太空系统、高温环境、电磁执行器以及商业应用比如电动汽车、便携式电子设备等能够维持重复循环的高功率/电流脉冲需要混合系统。否则，就通过重型电池或外部混合电池和超级电容器来实现这些需求。很明显，尽管与仅使用电池的情况相比，循环寿命变高了，但能量存储系统（包括相关的控制电器件）的质量和体积这种外部混合给应用带来了很大的负担。
混合超级电容器和锂基电池制成高能量和高功率的电化学电量存储装置有很多种不同的设计，比如说锂离子电容器（LIC）、纳米混合电容器（NHC）以及超级氧化还原电容器（super redox capacitor）。LIC由超级电容器电极构成，所述超级电容器负责控制可能功率（power capability），LIC还设置有电池类型的电极，用于传送电量。总结下，在LIC中，电容（Ah）由超级电容器控制，电压（电量）由锂或锂离子电极（阳极）控制，组合后给定的脉冲电流和时间下脉冲容量（pulse capability）重复进行。
过去很多人提出了各种传统电量存储系统，但是传统的电量存储系统局限于提高可能功率以及功率密度或者反过来，仅提供较低性能、锂化前要求等。为了克服这些局限性，本发明提出了一种创新性的内部集成锂超级电容器。
本发明的实施方式的主要目标是提供一种堆叠或卷绕了具有不同电极尺寸的阴极和阳极电极组以及绝缘层并内部集成了锂超级电容器，从而可提供电容值在0.5-50 Ah。所述超级电容器可组装在市售的电容器盒中，这样整个系统性价比更高。
本发明的另外一个目标是实现操作电压从2.8V到4.4V并且放电率在30C到70C的高性能设备，提供高能量密度（约40-80Wh/kg）和功率密度（约2-5Kw/KG），优异充电保持能力，低自放电以及具有在极端电气、环境和机械条件生存的能力。
本发明的另外一个目标在质量和体积方面提高电池、超级电容器和电池和超级电容器外部混合的性能。
本发明的另外一个目标为避免阳极预锂化要求。
本发明的另外一个目标为实现内部集成了锂超级电容器设备，其中超级电容器负极为电池阳极材料两面厚度不同，正极材料为电池阴极材料，与超级电容器以背对背方式连接。
本发明的另外一个目标为提供一种设备，适合多种应用场景，短时间需要高电流或长时间需要低电流以及组合模式。
本发明的另外一个目标为通过改变电极特征来提高可能功率。
本发明的另外一个目标为提供圆柱形设计的内部集成超级电容器设备，配合市场上销售的电容器盒（25mm到100mm直径），从而降低生产成本。
本发明的另外一个目标是在设备水平实现充放电循环力大于1000循环。
根据上述目标，本发明提供了一种新颖的内部集成了锂的超级电容器，以实现上述目标。
发明内容
在一个方面，本发明的目标通过提供一种超级电容器，其中包含一个壳体，壳体中设置有多个负极和正极组，所述多个正极和负极组的每个负极和正极组的正极和负极之间设置有第一多孔绝缘层，所述多个负极和正极组中的每两个负极和正极组之间设置有第二多孔绝缘层。所述负极包括电流收集器，在所述电流收集器的两侧涂覆了不同厚度的同样的活性材料多孔层。所述正极包括电流收集器，所述电流收集器的两侧面上涂覆了不同的活性材料多孔层。
在一个实施方式中，所述负极的所述电流收集器上涂覆的同样的活性材料为锂离子电池阳极材料。
在一个实施方式中，所述正极的所述电流收集器的两侧面上涂覆的不同的活性材料为锂离子电池阴极材料和超级电容器活性炭。
在一个实施方式中，所述负极和所述正极的涂层厚度在150-300微米之间。
在一个实施方式中，所述多孔绝缘层将所述负极和所述正极绝缘开来并作为离子移动的多孔媒介。
在一个实施方式中，所述负极、所述正极、所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层通过相互叠放组装起来形成矩形形状。
在一个实施方式中，所述负极、所述正极、所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层通过相互卷绕组装起来形成圆柱形状。
在一个实施方式中，组装起来的所述负极、所述正极、所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层插入到所述壳体中，并利用锂离子电解质活化。
在一个实施方式中，锂离子包括一种或多种溶解在能够所需电压范围和操作温度有机溶剂混合物中的一种或多种锂盐。
在一个实施方式中，所述负极的电流收集器为铜箔，其中所述正极的电流收集器为铝箔。
当结合下面的说明书和附图考虑的时候，本发明的这些实施方式的这些和其他方面将得到更好的理解。应当理解，下面的说明，尽管示出了一些优选实施方式和许多具体细节，下面的详细说明仅仅是用于解释而非限制本发明。在这里提供的实施方式的范围内在不脱离本发明的精神的前提下还能够做出很多修改和变化，而本发明的实施方式意在涵盖这些变化。
附图简要说明
本发明中提出的电化学电量存储系统称为锂超级电容器，在附图中进行了更详细的阐释，在所有附图中，同样的编号指代同样的部件。将附图和下面的说明书结合可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施方式中正极和负极材料以及绝缘层形成所述锂超级电容器的侧面示意图。
图2A示出了根据本发明的一个实施方式将所述尺寸合适的正极和负极材料及绝缘层卷绕进蓄电池组的卷绕过程示意图。
图2B示出了根据本发明的一个实施方式所述绝缘层、负极和正极的凝胶卷或圆柱状结构的截面图。
图3A示出了根据本发明的一个实施方式所述的堆叠起来的负极和正极以及中间的绝缘层的示意图。
图3B示出了堆叠起来的电极和绝缘层的软包装/矩形电池组的侧视图。
图4示出了根据本发明的一个实施方式所述的典型的充放电循环模式的示意图。
这里参考附图中示出的本发明的非限制性的实施方式和下面的详细说明书更加完整地解释了本发明的实施方式的各种特征和优势。为了不会不必要地模糊本发明的的实施方式，叙述中省略了对熟知的部件和处理方法的描述。此外，这里给出的各种实施方式并不相互排斥，某些实施方式可以和一个或多个其他的实施方式合并形成新的实施方式。这里使用的术语“或者”表示非排外的包含，除非另有说明。这里给出的实施例仅用于帮助理解实施这里的实施例的方式，帮助本领域技术人员实施这里的实施方式。相应地，这些实施例不应被视为限制本发明的实施方式的范围。
附图用于帮助理解各种技术特征，应当理解这里给出的实施方式并不受附图限制。本发明应理解为延伸到附图中规定的特征之外的变化，等同替换和替代。尽管描述中使用了第一第二等术语来描述不同的特征，这些特征不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分各个特征。
参考附图，即图1-4，其中示出了优选的实施方式。
图1示出了根据本发明的实施方式所述构成混合电容器的负极（1）和正极（2）以及位于上述两者之间的多孔绝缘层（3）。
所述负极（1）包括两侧面（5,6）涂覆了不同厚度的同样的活性材料的电流收集器（4），所述电流收集器（4）为铜箔制成。在一个实施方式中，所述负极（1）的电流收集器（4）的两侧面（5,6）上涂覆的同样的活性材料为锂离子电池阳极材料。所述负极（1）的电流收集器（4）的两侧面（5,6）上涂覆的不同厚度的锂离子电池阳极材料用于接收充电。正极电池活性材料（锂过渡金属氧化物）使得锂离子能够可逆插入到石墨电极中，这样就不需要进行负极预锂化也减少了工艺复杂程度并能够方便生产圆柱形设备。在一个实施方式中，所述负极（1）的涂层的厚度在150-300微米范围内。
所述正极（2）包括一个电流收集器（7），所述电流收集器（7）的任一侧面（8,9）上分别涂覆了一个多孔的不同的活性材料。在一个实施方式中，所述电流收集器（7）的任一侧面（8,9）上涂覆的不同的活性材料为锂离子电池阴极材料和超级电容活性炭。其中，在侧面（9）上涂覆的锂离子电池阴极材料主要用于设备供电，在另一侧面（8）上涂覆的超级电容活性炭主要用于实现可能功率。在一个实施方式中，所述正极（2）的涂层厚度在150-300微米范围内。
所述负极（1）和所述正极（2）之间设置有多孔绝缘层（3）。进一步地，所述多孔绝缘层（3）将所述负极（1）和所述正极（2）绝缘开来，用于作为离子移动的多孔媒介。
图2A示出了根据本发明的一个实施方式，将尺寸合适的所述负极（1）和所述正极（2）以及两者之间的所述多孔绝缘层（3,3’）卷绕进电池组（10）的卷绕过程示意图。其中两层多孔绝缘层的设置方式使得所述负极（1）和所述正极（2）不会直接接触。
图2B示出了根据本发明的一个实施方式将所述多孔绝缘层（3）、所述负极（1）和所述正极（2）设置成凝胶卷/圆柱形结构的截面图。1’（-）以及2’（+）分别为粘贴在电流收集器（4）和（7）上的负极和正极，提供从电极到电极之间的电流路径，在电池硬件（11,12）中向上延伸。
图3A示出了根据本发明的一个实施方式，堆叠起来的负极（1）和正极（2）以及两者之间设置的绝缘层（3,3’）的示意图。多个正负极（1）和正极（2）相互叠合，形成图3B所示的矩形。
所述负极（1）包括电流收集器（4）（比如铜箔），其中两个侧面（5,6）上设置有锂离子电机阳极材料，所述正极（2）包括电流收集器（7）（比如铝箔），其中一侧面（9）上设置了锂电池阴极材料，另外一个侧面（8）上设置了超级电容活性炭。
图3B示出了根据本发明的一个实施方式所述的堆叠起来的负极（1）和正极（2）以及绝缘层（3,3’），为软包装电池组。所述负极（1）的电流收集器上设置有连接器卡（connector tab）（4’），所述正极（2）的电流收集器上设置有连接器卡（7’），上述连接器卡按顺序设置在电极的顶部向上延伸。
每个负极（1）包括铜电流收集器（4），其中所述电流收集器（4）两个侧面上涂覆了一层多孔活性锂离子电池阴极材料，正极（2）的电流收集器（7）为铝或碳涂覆的铝或刻蚀铝电流收集器，侧面上分别涂覆了一层多孔活性锂离子电池阳极材料和超级电容活性炭。电极涂层的厚度为150-300微米。正极（2）和负极（1）的尺寸配置为合适的尺寸，保证制成设备以后能够实现所需的电池容量（0.5到50Ah）。电池容量是根据电极材料的理论容量评估的。每个负极（1）和正极（2）可选组装在一起，其中设置多孔绝缘层。在组装过程中，为了获得所需的电化学性能，要考虑电极材料的质量平衡。设备是通过堆叠或卷绕组装起来，成为矩形或圆柱形。将组装好的设备插入到壳体中，并利用一种或多种溶解在能够为所述混合设备提供所需电压范围和操作温度有机溶剂混合物中的锂盐（六氟磷酸锂LiPFe，四硼酸锂LiBFi，双氨基锂LiTFSI等）通过含锂离子的电解质活化。
在上述技术方案中，通过在电池电极内部进行混合使其成为一种锂源可实现大幅减少制作成本和时间，从而避免额外引入金属锂进行牺牲性锂化，从而使系统安全、简洁、具有高性价比并易于组装，不需要使用复杂的设备。
合适的阴极材料为石墨（天然或合成的）、硬碳、纳米硅、硅-石墨复合物等；正极电极材料通常选自很多含锂或驻锂氧化物，比如锂锰氧化物、锂锰氧化复合物、锂镍氧化物、钴酸锂、锂镍锰钴氧化物、锂钒氧化物、锂铁磷化物；合适的超级电容器材料可选自活性炭（石油化工和自然资源中提取）、中孔或多孔碳、碳化物骨架碳、CNT和石墨烯等。
当操作电池的时候，往电池阴极和阳极中嵌入或脱嵌锂离子（Li+）并且电解质中的正负离子吸收或解吸到超级电容电极界面上。所述设备的操作潜能取决于所需的阴极材料和电解质系统。
超级电容电极和锂离子电池电极涂覆了合适的原材料后还涂覆了连接化合物以及导电碳添加剂。一般来说，粘合剂不导电，应使用尽可能小的剂量。原材料可分散或混合在合适的聚合物粘合剂中，比如溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮NMP或羧甲基纤维素钠、丁二烯、苯乙烯橡胶树脂（CMC/SBR）的聚偏二氟乙烯（PVDF）、羟丙甲纤维素（HPMC）聚乙烯醇（PVA）、聚环氧乙烷（PEO）、亚丙烯酯基共聚合物体系、聚四氟乙烯（PTFE）作为水乳溶液此外导电含碳添加剂涂覆到金属电流收集器的表面。
导电含碳添加剂包括乙炔黑、CNT、石墨、导电石墨（天然和合成）、石墨烯微片GNT等以及其他任何具有好的导电性的碳材，这样能够获得持久涂覆的多孔电极，且具有好的电化学性能。
绝缘层实现正极和负极的电绝缘，也作为离子移动的通道。绝缘材料为聚烯烃，比如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、层合材料，涂覆聚乙烯图层的PVDF，陶瓷涂覆的聚乙烯或处理过的纤维素基绝缘材料，具有高电阻，而且多孔，这样离子在电极之间可移动。在组装电池的时候，正极和负极和尺寸合适的绝缘层叠合在一起。
锂超级电容设备的电解质可以是溶解在一种或多种有机溶剂中的锂盐。合适的盐包括六氟磷酸盐（L PIV）、四氟硼酸锂（LiBFi）、高氯酸锂（LiClOi）、六氟砷酸锂（LiAsFe）、双（三氟甲基磺醯）氨基锂（LiTFSI）等，用于溶解电解质盐的溶剂包括有机碳酸盐比如碳酸次乙酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸丙二酯（PC）等；腈基溶剂比如乙腈（AN）、已二腈（ADN）等；和乙醚、内脂、环丁砜等。为了获得更高的离子流动性并输送锂离子以实现所述电池和超级电容器电子组合的功能可选合适的锂盐和溶剂的合适组合。为了提高电解质的功能比如导电性、粘度、电压范围、低温性能等可添加各种添加剂如碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、磷酸盐、硼酸盐等。在电极和绝缘层组中小心引入电解质以获得更好的设备性能。电极组可以组装成各种不同的形式，比如圆柱、棱柱、椭圆等，取决于实际需求。
下面的实例中示出了本发明的一个实施方式：
阴极为通过刮刀涂布工艺处理。锂超级电容器包括5-40微米厚度的铝箔作为双功能型电流收集器（纯度大于99.5%），其中电池侧由50-90重量比的50-90重量比的锂镍钴锰氧化物，5-25重量比的导电添加剂和5-25重量比的PVDF粘合剂，溶剂为N-甲基-吡咯烷酮NMP。阴极的另外一个侧面涂覆了超级电容电极材料，包括50-95重量比的AC，2-25重量比的导电添加剂和3-25重量比的CMC/SBR粘合剂，溶剂为水。在120±10 °C下真空干燥所述电极。
阳极也通过刮刀涂布工艺处理。电极包括75-95重量比的石墨活性材料，5-25重量比的聚偏氟乙烯（PVdF），N-甲基-吡咯烷酮NMP作为溶剂。阴极的电流收集器为5-40微米厚的高导电率铜箔。在120±10 °C下真空干燥上述电极。石墨烯具有低负氧化还原力（0.1Vvs Li），高理论容量（372 mAh g-1 LiC6化学计算法）且成本相对低廉，因此广泛用作LIB和LIC得到阴极材料。然而，设备的可能功率由于Li+扩散到整个电池块的局限性受限。由于石墨阴极材料势坪更接近锂，高速放电时形成树突的概率更高。为了提高设备的容量和功率性能，电极厚度调整为适应高速循环时候锂离子快速扩散。在干燥后的电机中，电池侧面上搭载的活性材料为3-30 mg/cm3，超级电容侧面为3-20 mg/cm3。
根据尺寸要求调整好负极和正极的尺寸并与绝缘层一起卷绕成凝胶卷或平坦结构，浸泡在含锂盐的碳酸盐溶剂电解质中，密封放入铝制电池盒中（市售电容器盒）或铝软包装中。
充电存储机制涉及在电池界面嵌入或脱嵌锂以及在电容器界面吸收和解吸电极。嵌入锂是通过石墨阳极和锂金属相反极的电化学充放电进程实现的。通过有控制的初始低速生成循环在2.8到4.4V的电压范围内通过CC-CV充电来保证石墨阴极上形成稳定的固体电解质相间（SEI）膜。设备的容量评估是通过额定容量的C/2或1C认证。图4中描述了典型了充放电循环模式。设备的电量密度为（约40-80Wh/kg），功率密度为（2-5Kw/kg）。
通过在电压范围4.4到2.8V短时间（200-500ms）进行脉冲放电（50C到79C速度）来进行设备的高速放电能力评估。设备在3.5V30天的自放电试验（SDT）之后容量为初始容量的大于90%，在根据太空级锂离子电池标准程序充电保持测试（CRT）测试后剩余容量为初始容量的大于80%。在放电深度（DOD）30-50%时法拉第效率100%的充放电循环能力（大于1000循环）以及不同荷电状态（SOC）的循环没有任何记忆效应也是所述设备的特征。
在极端环境条件下，比如（a）温度范围在5-60摄氏度，（b）10-15grms振动台测试，（c）50-100g的冲击试验（d）1004到10-5bar的真空测试以及（e）短路测试中，所述内部集成锂超级电容器表现令人满意，性能或电压没有任何退步，这让我们有信心将其使用在许多应用场景中。
由于其高电量和功率特性，锂超级电容器可以作为电池系统的替代物或补充物，在需要高电流短时间及低电流长时间的应用场景下。相对电池和超级电容器，锂超级电容器的质量和体积方面有相当大的优势，在太空应用，比如高温环境、电磁机电执行器、卫星电量存储系统等方面它是理想的电量/功率/储电设备，降低了发射设备的惰性质量，在便携式手提设备，电源工具，电动汽车，移动或蜂窝设备等方面均是合适的性价比较高的替代物。由于这些设备组装在市售的电容器盒中（25-100mm直径），使用这些设备让系统更加高效。这些设备的另外一个优势是减少了额外的锂化步骤，不需要使用锂金属电极，降低了工艺的复杂程度，从而使得系统安全，简洁，具有高性价比且易于组织，不需要使用任何精密的仪器。
不像传统的超级电容器，本发明提出的超级电容器，功率密度在40-80瓦特小时每千克，电量密度在2-5千瓦每小时，这样就能适应长时间低电流和短时间高电流应用的要求。本发明所述超级电容器充电存储行为在开放电路条件下80-100小时后保持90-95%的充电保持力，自放电特性最低，等同于锂离子电池。本发明所述超级电容器在30-50%的放电深度时保持高于1000充电放电循环。本发明所述超级电容器没有任何记忆效应，在任何充电状态都可以进行充放电循环。本发明所述超级电容器在5到60摄氏度的温度范围、10-15gram的振动范围以及100g以内的冲击下和10-4到10-5bar真空水平都能维持工作，事后测试未发现电量或电压方面任何降低，维持了设备的性能。在短路后，超级电容器测试显示在后续的循环中维持了其电量和电压方面的性能。本发明所述超级电容器尤其适合太空应用，机电执行器，卫星电源存储系统，作为理想的电源/存储设备。本发明所述的超级电容器为便携式手提设备、电源工具、电动汽车和移动及蜂窝设备的高性价比替代物。在上述应用场景下，本发明所述超级电容器比外部连接锂离子的电池和超级电容器或单纯超级电容器在质量和体积方面有30-50%的优势。本发明所述超级电容器利用锂离子电池和超级电容器的电极，其中电极的尺寸和厚度以及活性材料的数量可以进行调整已获得所需的安培时电量。
上面的具体实施方式的描述揭露了本发明的实施方式的一般特征，基于上述说明书，本领域技术人员可以修改或调整上述具体实施方式在不偏离本发明的一般概念的前提下应用在不同场景下，因此，上述调整和变化应该理解为包含在本发明的实施方式的含义和范围中。应当理解，这里使用的术语仅为了描述方便而不是限制。因此，尽管本发明以若干优选实施方式的形式描述，本领域技术人员能够理解本发明的实施方式可以在修改了这里描述的实施方式的方式进行，这些修改也涵盖在本发明的实施方式的精神和范围内。
下面是一些编号：

Claims (18)

1.一种超级电容器，包括：
壳体，包括：
若干组负极(1)和正极(2)；
第一多孔绝缘层(3)，位于上述若干组负极(1)和正极(2)中的每个负极(1)和正极(2)之间；
第二多孔绝缘层(3’)，位于上述若干组负极(1)和正极(2)中的每两个负极(1)和正极(2)之间；
其中所述负极(1)包括电流收集器(4)，所述电流收集器(4)的两个侧面(5,6)上涂覆了一层多孔不同厚度的相同的活性材料，且其中所述正极(2)包括电流收集器(7)，所述电流收集器(7)的任一侧面(8,9)上分别涂覆了一层多孔不同的活性材料；
其中所述超级电容器操作电压在2.7到4.4V，且放电率在50C到70C范围内；
其中所述超级电容器电量密度在40-80Wh/kg，功率密度在2-5kW/kg，所述超级电容器适合长时间低电流和短时间高电流应用；
其中所述超级电容器组装在市售的电容器盒(25-180mm直径)中，这样性价比更高。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述负极(1)的所述电流收集器(4)上两个侧面(5,6)上面涂覆的相同的活性材料为锂离子电池阳极材料。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述正极(2)的所述电流收集器(7)的任一侧面(8,9)上涂覆的不同的活性材料为锂离子电池阴极材料和超级电容活性炭。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述负极(1)和所述正极(2)的涂层厚度在150-300微米范围内。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述第一多孔绝缘层(3)和所述第二多孔绝缘层(3’)将所述负极(1)和所述正极(2)绝缘开来，并提供离子移动的多孔媒介。
6.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述负极(1)，所述正极(2)，所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层通过相互叠合组装成矩形。
7.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述负极(1)，所述正极(2)，所述第一多孔绝缘层和所述第二多孔绝缘层通过相互卷绕组装成圆柱形。
8.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中将组装起来的所述负极(1)，所述正极(2)，所述第一多孔绝缘层(3)和所述第二多孔绝缘层(3’)嵌入到所述壳体中，通过锂离子活化。
9.根据权利要求8所述的一种超级电容器，其中所述锂离子包括溶解在有机溶剂混合物中来提供所需的电压范围和操作温度的一种或多种锂盐构成的电解质。
10.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述负极(1)的所述电流收集器(4)为铜箔，所述正极(2)的所述电流收集器(7)为铝箔。
11.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述超级电容器在开放电路条件下80-100小时后维持90-95％的充电保持率，充电存储行为优异且自放电性能最低，等同于锂离子电池。
12.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述超级电容器在30-50％的放电深度下提供超过1000充放电循环。
13.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述超级电容器不具有任何记忆效应，在任何充电状态下都能进行充放电循环。
14.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述超级电容器在5-60摄氏度的温度范围，10-15grms的振动范围，在100g的冲击范围内，以及10-4到10-5mbar的真空条件下维持工作状态，经过测试后，在容量或电压方面设备性能没有任何降低。
15.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述超级电容器尤其适合作为太空应用、高温环境、机电执行器和卫星电量存储系统的电量存储设备，也是便携式手提设备、电源工具、电动汽车和移动或蜂窝设备的电池的高性价比代替品。
16.根据权利要求15所述的一种超级电容器，其中所述超级电容器相对于外部连接锂离子电池和超级电容器或单独超级电容器在上述应用场景中实现了30-50％的质量和体积优势。
17.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述超级电容器利用锂离子电池和超级电容器的电极，其中电极的尺寸和厚度以及活性材料的数量可根据所述Ah单位的电量变化。
18.根据权利要求1所述的一种超级电容器，其中所述正极电池活性材料(锂过渡金属氧化物)使得锂离子可逆嵌入到石墨电极中，从而不再需要进行负极预锂化降低了工艺复杂程度，设置成圆柱形式设备制造难度降低。
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