CN210692371U - 全固态电容电芯、叠层电容电芯和复合电容电芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全固态电容电芯，包括至少一个第一电容电极和至少一个第二电容电极；所述第一电容电极和第二电容电极之间交错设置；所述第一电容电极上复合有固态离子导体Ⅰ，所述第二电容电极上复合有固态离子导体Ⅱ，位于相邻的所述第一电容电极和第二电容电极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起并形成固态离子导体，或位于相邻的所述第一电容电极和第二电容电极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体并形成固态离子导体。本实用新型还公开了一种全固态叠层电容电芯和一种全固态复合电容电芯。本实用新型的全固态电容电芯及全固态叠层电容电芯，不仅能够满足储能要求，而且能够有效增强固态离子导体与电极之间的结合力以及亲润性，并能够有效减小固态离子导体与电极之间的界面电阻。

Description

全固态电容电芯、叠层电容电芯和复合电容电芯

技术领域

本发明属于储能设备技术领域，具体的为一种全固态电容电芯、叠层电容电芯和复合电容电芯。

背景技术

固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质（液态）。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从第一电容电极到第二电容电极再到第一电容电极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。

现有的固态电池虽然在一定程度上能够满足使用要求，但是仍存在以下不足：

1）固态离子导体与电极之间的结合力不足；

2）固态离子导体与电极之间的亲润性较差；

3）固态离子导体与电极之间的界面电阻较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全固态电容电芯、叠层电容电芯和复合电容电芯，不仅能够满足储能要求，而且能够有效增强固态离子导体与电极之间的结合力以及亲润性，并能够有效减小固态离子导体与电极之间的界面电阻，提高离子渗透率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种全固态电容电芯，

包括至少一个第一电容电极和至少一个第二电容电极；

所述第一电容电极和第二电容电极之间交错设置；

所述第一电容电极上复合有固态离子导体Ⅰ，所述第二电容电极上复合有固态离子导体Ⅱ，位于相邻的所述第一电容电极和第二电容电极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起并形成固态离子导体，或位于相邻的所述第一电容电极和第二电容电极之间的所述固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体并形成固态离子导体。

进一步，所述第一电容电极的数量N与所述第二电容电极的数量M满足：

M=N，或，|M-N|=1。

进一步，所述第一电容电极设有所述固态离子导体Ⅰ的侧面上设有第一凹槽，所述固态离子导体Ⅰ面向所述第一电容电极的一侧嵌入到所述第一凹槽内；和/或，

所述第二电容电极设有所述固态离子导体Ⅱ的侧面上设有第二凹槽，所述固态离子导体Ⅱ面向所述第二电容电极的一侧嵌入到所述第二凹槽内。

进一步，所述第一凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；

所述第二凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。

进一步，所述第一电容电极设有所述固态离子导体Ⅰ的侧面上阵列设有第一嵌孔，所述固态离子导体Ⅰ面向所述第一电容电极的一侧嵌入到所述第一嵌孔内；和/或，

所述第二电容电极设有所述固态离子导体Ⅱ的侧面上阵列设有第二嵌孔，所述固态离子导体Ⅱ面向所述第二电容电极的一侧嵌入到所述第二嵌孔内。

进一步，任意两个垂直于所述第一嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近所述第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近所述第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸；

任意两个垂直于所述第二嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近所述第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近所述第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸。

进一步，所述第一电容电极和第二电容电极采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电容电极、层状金属氧化物材料、含氧有机聚合物材料、金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅和硅单质制成中的一种或至少两种的混合物制成；

所述固态离子导体采用水系聚合物或有机系聚合物电解质材料制成。

进一步，所述第一电容电极采用第一电容电极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成；

所述第二电容电极采用第二电容电极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成。

进一步，所述第一电容电极内的所述固态离子导体材料与所述第一电容电极活性材料之间的摩尔比小于等于100%；

所述第二电容电极内的所述固态离子导体材料与所述第二电容电极活性材料之间的摩尔比小于等于100%。

进一步，所述第一电容电极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述第一电容电极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料；

所述第二电容电极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述第二电容电极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料。

本发明还提出了一种全固态叠层电容电芯，

包括软包体Ⅰ，所述软包体Ⅰ内设有至少两个复合在一起的全固态电容电芯；

相邻的两个所述全固态电容电芯中，其中一个所述全固态电容电芯端部的第一电容电极与另一个所述全固态电容电芯端部的第二电容电极相邻设置，且在该相邻的所述第一电容电极和第二电容电极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅰ。

本发明还提出了一种全固态复合电容电芯，

包括软包体Ⅱ，所述软包体Ⅱ内设有至少两个复合在一起的全固态电容电芯；

相邻的两个所述全固态电容电芯中，

其中一个所述全固态电容电芯端部的第一电容电极与另一个所述全固态电容电芯端部的第一电容电极相邻设置，该相邻的两个所述第一电容电极之间复合在一起或该相邻的两个所述第一电容电极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅱ或该相邻的两个所述第一电容电极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ；

或，

其中一个所述全固态电容电芯端部的第二电容电极与另一个所述全固态电容电芯端部的第二电容电极相邻设置；该相邻的两个所述第二电容电极之间复合在一起或该相邻的两个所述第二电容电极之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅱ或该相邻的两个所述第二电容电极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ；

或，

其中一个所述全固态电容电芯端部的第一电容电极与另一个所述全固态电容电芯端部的第二电容电极相邻设置，且在该相邻的所述第一电容电极和第二电容电极之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅱ。

本发明的有益效果在于：

本发明的全固态电容电芯，通过将固态离子导体Ⅰ与第一电容电极复合为一体，将固态离子导体Ⅱ与第二电容电极复合为一体，在保证固态离子导体Ⅰ与第一电容电极之间以及固态离子导体Ⅱ与第二电容电极之间的结合力以及亲润性的基础上，再将第一电容电极体和第二电容电极体复合在一起，使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起形成固态离子导体，或使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体形成固态离子导体，如此，即可有效增强固态离子导体与电极之间的结合度和亲润性，并降低固态离子导体与电极之间界面电阻，提高离子渗透率。

通过将第一电容电极采用第一电容电极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在第一电容电极内的固态离子导体材料与复合在第一电容电极侧面上的固态离子导体Ⅰ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻；

同理，通过将第二电容电极采用第二电容电极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在第二电容电极内的固态离子导体材料与复合在第二电容电极侧面上的固态离子导体Ⅱ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明全固态电容电芯实施例1的结构示意图，具体的为第一电容电极与第二电容电极分开时的结构示意图；

图2为第一电容电极与第二电容电极复合在一起后的结构示意图；

图3为图2的A详图；

图4为第一电容电极的微观结构示意图；

图5为第二电容电极的微观结构示意图；

图6为本发明全固态电容电芯实施例2的结构示意图，具体的为第一电容电极与第二电容电极分开时的结构示意图；

图7为第一电容电极与第二电容电极复合在一起后的结构示意图；

图8为图5的B详图；

图9为本发明全固态电容电芯实施例3的结构示意图，具体的为第一电容电极与第二电容电极分开时的结构示意图；

图10为第一电容电极与第二电容电极复合在一起后的结构示意图；

图11为图8的C详图；

图12为本发明全固态电容电芯实施例4的结构示意图；具体的为第一电容电极与第二电容电极的数量相等时的结构示意图；

图13为第一电容电极的数量与第二电容电极的数量之差等于1时的结构示意图；

图14为第二电容电极的数量与第一电容电极的数量之差等于1时的结构示意图；

图15为本发明全固态叠层电容电芯的第一种结构示意图，具体的为全固态电容电芯中的第一电容电极数量N与第二电容电极数量M相等时的结构示意图，图中仅在全固态叠层电池的两端分别设有第一电容电极极耳和第二电容电极极耳；

图16为所有第一电容电极上均设有第一电容电极极耳以及所有第二电容电极上均设有第二电容电极极耳时的全固态叠层电容电芯的结构示意图；

图17为本发明全固态叠层电容电芯的第二种结构示意图，具体的为全固态电容电芯中的第一电容电极数量N与第二电容电极数量M之间的差值的绝对值等于1时的结构示意图；

图18为本发明全固态复合电容电芯实施例6的结构示意图，具体的为采用实施例1中的至少两个全固态电容电芯组成全固态复合电容电芯的第一种结构示意图；

图19为采用实施例1中的至少两个全固态电容电芯组成全固态复合电容电芯的第二种结构示意图；

图20为采用实施例2中的至少两个全固态电容电芯复合在一起时的第一种结构示意图；

图21为采用实施例3中的至少两个全固态电容电芯复合在一起时的第一种结构示意图；

图22为采用实施例2中的至少两个全固态电容电芯复合在一起时的第二种结构示意图；

图23为采用实施例3中的至少两个全固态电容电芯复合在一起时的第二种结构示意图；

图24为本发明全固态复合电容电芯实施例7的结构示意图，具体的为采用实施例1中的至少两个全固态电容电芯复合在一起时的结构示意图；

图25为采用实施例2和实施例3中的至少两个全固态电容电芯100复合在一起时的结构示意图。

附图标记说明：

10-第一电容电极；11-固态离子导体Ⅰ；12-第一凹槽；13-第一电容电极极耳；

20-第二电容电极；21-固态离子导体Ⅱ；22-第二凹槽；23-第二电容电极极耳；

30-固态离子导体；31-固态离子导体材料；

100-全固态电容电芯；101-软包体Ⅰ；102-双极集流板Ⅰ；103-软包体Ⅱ；104-双极集流板Ⅱ；105-绝缘隔膜Ⅰ；106-绝缘隔膜Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，为本发明全固态电容电芯实施例1的结构示意图。本实施例的全固态电容电芯，包括至少一个第一电容电极10和至少一个第二电容电极20，第一电容电极10和第二电容电极20之间交错设置。

第一电容电极10上复合有固态离子导体Ⅰ11，第二电容电极20上复合有固态离子导体Ⅱ21，位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21复合在一起并形成固态离子导体30，或位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30。具体的，本实施例位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30，本实施例的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21采用相同材料的固体离子导体材料制成。

进一步，第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M满足：

M=N，或，|M-N|=1。

具体的，本实施例的第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M满足：M=N=1。

进一步，本实施例的第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设有第一凹槽12，固态离子导体Ⅰ11面向第一电容电极10的一侧嵌入到第一凹槽12内。第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设有第二凹槽22，固态离子导体Ⅱ21面向第二电容电极20的一侧嵌入到第二凹槽22内。具体的，本实施例的第一电容电极10和第二电容电极20相向的一侧侧面上分别设有第一凹槽12和第二凹槽22。本实施例的第一凹槽12和第二凹槽22可设置为多种结构，如可以采用波浪槽、三角形锯齿槽、梯形槽、V型槽和矩形槽等。为了提高固态离子导体Ⅰ11与第一电容电极10侧面的结合面积，本实施例的第一凹槽12的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。同理，为了提高固态离子导体Ⅱ21与第二电容电极20侧面之间的结合面积，第二凹槽22的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。本实施例的第一凹槽12和第二凹槽22均设置为波浪槽。通过在第一电容电极10设置第一凹槽12，能够有效增强第一电容电极10与固态离子导体Ⅰ11之间的结合强度和亲润性，并减少第一电容电极10与固态离子导体Ⅰ11之间的界面电阻。同理，通过在第二电容电极20上设置第二凹槽22，增强第二电容电极20与固态离子导体Ⅱ21之间的结合强度和亲润性，并减少第二电容电极20与固态离子导体Ⅱ21之间的界面电阻。

另外，还可以在第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上阵列设置第一嵌孔，固态离子导体Ⅰ11面向第一电容电极10的一侧嵌入到第一嵌孔内。具体的，任意两个垂直于第一嵌孔轴线的径向截面在同一个第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸。当然，也可以在第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上阵列设置第二嵌孔，固态离子导体Ⅱ21面向第二电容电极20的一侧嵌入到第二嵌孔内。任意两个垂直于第二嵌孔轴线的径向截面在同一个第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸。第一嵌孔和第二嵌孔均可采用多种结构，如采用圆锥形嵌孔、方锥形嵌孔以及喇叭口形嵌孔等，不再累述。

具体的，在一些实施例中，可以仅在第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一凹槽12或第一嵌孔，也可以同时在第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一凹槽12和第一嵌孔。同理，在一些实施例中，可以仅在第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二凹槽22或第二嵌孔，也可以同时在第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二凹槽22和第二嵌孔。

具体的，第一电容电极10和第二电容电极20采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电容电极、层状金属氧化物材料、含氧有机聚合物材料、金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅和硅单质制成中的一种或至少两种的混合物制成；所述固态离子导体30采用水系聚合物或有机系聚合物电解质材料制成。

进一步，第一电容电极10采用第一电容电极活性材料14与固态离子导体材料31的混合物制成。且第一电容电极中，固态离子导体材料与第一电容电极活性材料之间的摩尔比小于等于100%。在微观结构上，第一电容电极活性材料呈颗粒状均匀分布，且第一电容电极活性材料颗粒的缝隙中填充有固态离子导体材料，如图4所示。通过将第一电容电极采用第一电容电极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在第一电容电极内的固态离子导体材料与复合在第一电容电极侧面上的固态离子导体Ⅰ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻。

第二电容电极20采用第二电容电极活性材料24与固态离子导体材料31的混合物制成。且第二电容电极中，固态离子导体材料与第二电容电极活性材料之间的摩尔比小于等于100%。在微观结构上，第二电容电极活性材料呈颗粒状均匀分布，且第二电容电极活性材料颗粒的缝隙中填充有固态离子导体材料，如图5所示。通过将第二电容电极采用第二电容电极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，混合在第二电容电极内的固态离子导体材料与复合在第二电容电极侧面上的固态离子导体Ⅱ之间可离子导电连通，能够有效提高离子渗透率，并降低固态与电极之间界面电阻。

本实施例的固态离子导体材料31与固态离子导体30采用的材料相同，当然，固态离子导体材料31与固态离子导体30采用的材料也可以不同，只要能够达到增强固态离子导体30与第一电容电极10以及第二电容电极20之间的亲润性以及降低固态离子导体30与第一电容电极10以及第二电容电极20之间的界面电阻、增加离子渗透率均可。

本实施例的全固态电容电芯，通过将固态离子导体Ⅰ与第一电容电极复合为一体，将固态离子导体Ⅱ与第二电容电极复合为一体，在保证固态离子导体Ⅰ与第一电容电极之间以及固态离子导体Ⅱ与第二电容电极之间的结合力以及亲润性的基础上，再将第一电容电极体和第二电容电极体复合在一起，使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ复合在一起形成固态离子导体，或使固态离子导体Ⅰ和固态离子导体Ⅱ融合为一体形成固态离子导体，如此，即可有效增强固态离子导体与电极之间的结合度和亲润性，并降低固态离子导体与电极之间界面电阻，提高离子渗透率。

实施例2

如图6所示，为本发明全固态电容电芯实施例2的结构示意图。本实施例的全固态电容电芯，包括至少一个第一电容电极10和至少一个第二电容电极20，第一电容电极10和第二电容电极20之间交错设置。

第一电容电极10上复合有固态离子导体Ⅰ11，第二电容电极20上复合有固态离子导体Ⅱ21，位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21复合在一起并形成固态离子导体30，或位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30。具体的，本实施例位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30，本实施例的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21采用相同材料的固体离子导体材料制成。

进一步，第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M满足：

M=N，或，|M-N|=1。

具体的，本实施例的第一电容电极10的数量N=1，第二电容电极20的数量M=2，两个第二电容电极20分别设置在第一电容电极10的两侧。本实施例的两个第二电容电极20之间可以采用内电路或外电路电连接，不再累述。

进一步，本实施例的第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设有第一凹槽12，固态离子导体Ⅰ11面向第一电容电极10的一侧嵌入到第一凹槽12内。第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设有第二凹槽22，固态离子导体Ⅱ21面向第二电容电极20的一侧嵌入到第二凹槽22内。具体的，本实施例的第一电容电极10的两侧均复合有固态离子导体Ⅰ11，即本实施例的第一电容电极10的两侧均设有第一凹槽12。

当然，也可以在第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一嵌孔，在第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二嵌孔，具体实施方式与实施例1相当，不再一一累述。

本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。

实施例3

如图9所示，为本发明全固态电容电芯实施例3的结构示意图。本实施例的全固态电容电芯，包括至少一个第一电容电极10和至少一个第二电容电极20，第一电容电极10和第二电容电极20之间交错设置，且相邻的第一电容电极10与第二电容电极20之间设有固态离子导体30。

第一电容电极10上复合有固态离子导体Ⅰ11，第二电容电极20上复合有固态离子导体Ⅱ21，位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21复合在一起并形成固态离子导体30，或位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30。具体的，本实施例位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30，本实施例的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21采用相同材料的固体离子导体材料制成。

进一步，第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M满足：

M=N，或，|M-N|=1。

具体的，本实施例的第一电容电极10的数量N=2，第二电容电极20的数量M=1，两个第一电容电极10分别设置在第二电容电极20的两侧。本实施例的两个第一电容电极10之间采用内电路或外电路电连接。

进一步，本实施例的第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设有第一凹槽12，固态离子导体Ⅰ11面向第一电容电极10的一侧嵌入到第一凹槽12内。第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设有第二凹槽22，固态离子导体Ⅱ21面向第二电容电极20的一侧嵌入到第二凹槽22内。具体的，本实施例的第二电容电极20的两侧均复合有固态离子导体Ⅱ21。

当然，也可以在第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一嵌孔，在第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二嵌孔，具体实施方式与实施例1相当，不再一一累述。

本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。

实施例4

如图12所示，为本发明全固态电容电芯实施例4的结构示意图。本实施例的全固态电容电芯，包括至少一个第一电容电极10和至少一个第二电容电极20，第一电容电极10和第二电容电极20之间交错设置，且相邻的第一电容电极10与第二电容电极20之间设有固态离子导体30。

第一电容电极10上复合有固态离子导体Ⅰ11，第二电容电极20上复合有固态离子导体Ⅱ21，位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21复合在一起并形成固态离子导体30，或位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30。具体的，本实施例位于相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21融合为一体并形成固态离子导体30，本实施例的固态离子导体Ⅰ11和固态离子导体Ⅱ21采用相同材料的固体离子导体材料制成。

进一步，第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M满足：

M=N，或，|M-N|=1。

具体的，本实施例的第一电容电极10的数量N≥2，第二电容电极20的数量M≥2，第一电容电极10的数量和第二电容电极20的数量可以根据实际需要设置，不再累述。本实施例的所有第二电容电极20之间可以采用内电路或外电路电连接，所有第一电容电极10之间可以采用内电路或外电路电连接。

当N=M时，位于两端的两个电极分别为第一电容电极10和第二电容电极20，如图12所示；

当N-M=1时，位于两端的两个电极均为第一电容电极10，如图13所示；

当M-N=1时，位于两端的两个电极均为第二电容电极20，如图14所示。

进一步，本实施例的第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设有第一凹槽12，固态离子导体Ⅰ11面向第一电容电极10的一侧嵌入到第一凹槽12内。第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设有第二凹槽22，固态离子导体Ⅱ21面向第二电容电极20的一侧嵌入到第二凹槽22内。具体的，位于中间位置的第一电容电极10的两侧均复合有固态离子导体Ⅰ11，即位于中间位置的第一电容电极10的两侧均设有第一凹槽12。同理，位于中间位置的第二电容电极20的两侧均复合有固态离子导体Ⅱ21，即位于中间的第二电容电极20的两侧均设有第二凹槽22。

当第一电容电极10位于端部时，该位于端部的第一电容电极10面向全固态电容电芯另一端的一侧侧面上复合有固态离子导体Ⅰ11，即在该第一电容电极10的该侧侧面上设有第一凹槽12。同理，当第二电容电极20位于端部时，该位于端部的第二电容电极20面向全固态电容电芯另一端的一侧侧面上复合有固态离子导体Ⅱ21，即在该第二电容电极20的该侧侧面上设有第二凹槽22。

当然，也可以在第一电容电极10设有固态离子导体Ⅰ11的侧面上设置第一嵌孔，在第二电容电极20设有固态离子导体Ⅱ21的侧面上设置第二嵌孔，具体实施方式与实施例1相当，不再一一累述。

本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。

实施例5

如图15所示，为本发明全固态叠层电容电芯的结构示意图。本实施例的全固态叠层电容电芯包括软包体Ⅰ101，软包体Ⅰ101内设有至少两个复合在一起的如上所述的本实施例的全固态电容电芯100。具体的，软包体Ⅰ101内设置的全固态电容电芯100的数量可以为2个、3个及3个以上，不再累述。

具体的，相邻的两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置，且在该相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅰ102。通过将多个全固态电容电芯100组合为全固态叠层电容电芯，能够有效增大全固态叠层电容电芯的输出电压。

本实施例的全固态叠层电容电芯的两端分别设有第一电容电极极耳13和第二电容电极极耳23。当然，也可以在每一个全固态电容电芯100的第一电容电极10上设置第一电容电极极耳13，在每一个全固态电容电芯100的第二电容电极20上设置第二电容电极极耳23，便于外接电路用于对全固态叠层电容电芯进行电能输出控制，如图16。

具体的，本实施例的全固态叠层电容电芯的结构具有多种变化：

如图15和16所示，为采用实施例1中的全固态电容电芯100组合为全固态叠层电容电芯时的结构示意图，该全固态叠层电容电芯中，全固态电容电芯100的数量可以为2个、3个及3个以上，且相邻两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置，且在该相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅰ102。

以此类推，当全固态电容电芯100中的第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M满足M=N≥1时，此时仅需将所有的全固态电容电芯100依次层叠在一起即可，在相邻两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置，并在该相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅰ102。

如图17所示，为采用实施例2中的全固态电容电芯100以及实施例3中的全固态电容电芯100组合成全固态叠层电容电芯时的结构示意图，该全固态叠层电容电芯中，为了实现在相邻两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置的结构，需将实施例2中的全固态电容电芯100与实施例3中的全固态电容电芯100交错层叠在一起，如此，即可使相邻两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置，并在该相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅰ102。

以此类推，当全固态电容电芯100中的第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M满足|M-N|=1，且第一电容电极的数量N≥1，第二电容电极的数量M≥1时，此时的相邻两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100的第一电容电极数量N与第二电容电极数量M之间满足N-M=1，另一个全固态电容电芯100的第一电容电极数量N与第二电容电极数量M之间满足M-N=1，以确保该相邻两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置，并在该相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅰ102。

当然，当全固态电容电芯100中的第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M满足|M-N|=1且第一电容电极的数量N≥1，第二电容电极的数量M≥1时，此时包括两类结构的全固态电容电芯100中，其中一类全固态电容电芯100的第一电容电极数量N与第二电容电极数量M之间满足N-M=1，另一类全固态电容电芯100的第一电容电极数量N与第二电容电极数量M之间满足M-N=1，在该两类全固态电容电芯100之间，还可以层叠至少一个第一电容电极数量N与第二电容电极数量M之间满足N=M的全固态电容电芯100，仅需保证相邻两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置，并在该相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅰ102即可，不再累述。

实施例6

如图18所述，为本发明全固态复合电容电芯实施例6的结构示意图。本实施例的全固态复合电容电芯，包括软包体Ⅱ103，软包体Ⅱ103内设有至少两个复合在一起的如上所述的全固态电容电芯100。

具体的，相邻的两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10相邻设置，该相邻的两个第一电容电极10之间复合在一起或该相邻的两个第一电容电极10之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板Ⅱ104或该相邻的两个第一电容电极10之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ105；或，其中一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置；该相邻的两个第二电容电极20之间复合在一起或该相邻的两个第二电容电极20之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板Ⅱ104或该相邻的两个第二电容电极20之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ105。

如图18所示，为采用实施例1中的至少两个全固态电容电芯100复合在一起时的结构示意图，在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10相邻设置，该相邻的两个第一电容电极10之间复合在一起；或，其中一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置；该相邻的两个第二电容电极20之间复合在一起。

如图19所示，为采用实施例1中的至少两个全固态电容电芯100复合在一起时的结构示意图，在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10相邻设置，该相邻的两个第一电容电极10之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板Ⅱ104或该相邻的两个第一电容电极10之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ105；或，其中一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置；该相邻的两个第二电容电极20之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板Ⅱ104或该相邻的两个第二电容电极20之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ105。

以此类推，当固态电池电芯100中的第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M之间满足N=M时，均可采用如图18和图19的方式，将至少两个固态电池电芯100复合在一起构成全固态复合电容电芯。

如图20所示，为采用实施例2中的至少两个全固态电容电芯100复合在一起时的结构示意图。在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置；该相邻的两个第二电容电极20之间复合在一起。

如图21所示，为采用实施例3中的至少两个全固态电容电芯100复合在一起时的结构示意图。在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置；该相邻的两个第二电容电极20之间复合在一起。

如图22所示，为采用实施例2中的至少两个全固态电容电芯100复合在一起时的结构示意图。在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置；该相邻的两个第二电容电极20之间设有电子导电且离子隔离的双极集流板Ⅱ104或该相邻的两个第二电容电极20之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ105。

如图23所示，为采用实施例3中的至少两个全固态电容电芯100复合在一起时的结构示意图。在相邻两个固态电池电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置；该相邻的两个第二电容电极20之间电子导电且离子隔离的双极集流板Ⅱ104或该相邻的两个第一电容电极10之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ105。

以此类推，当固态电池电芯100中的第一电容电极10的数量N与第二电容电极20的数量M之间满足|M-N|=1时，均可采用如图20-23的方式，将至少两个固态电池电芯100复合在一起构成全固态复合电容电芯。

本实施例中，每一个全固态电容电芯100的所有第一电容电极10上均设有第一电容电极极耳13，所有第二电容电极20上均设有第二电容电极极耳23。

实施例7

如图24所示，为本发明全固态复合电容电芯实施例7的结构示意图。本实施例的全固态复合电容电芯，包括软包体Ⅱ103，软包体Ⅱ103内设有至少两个复合在一起的如上所述的全固态电容电芯100。

相邻的两个全固态电容电芯100中，其中一个全固态电容电芯100端部的第一电容电极10与另一个全固态电容电芯100端部的第二电容电极20相邻设置，且在该相邻的第一电容电极10和第二电容电极20之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅱ106，每一个固态电池电芯100可相互独立控制实现对外输出电能，当然，多个固态电池电芯100之间可以通过外电路控制实现串联、并联或串并混联对外输出电能。

如图24所示，为采用实施例1中的至少两个全固态电容电芯100复合在一起时的结构示意图；

如图25所示，为采用实施例2和实施例3中的至少两个全固态电容电芯100复合在一起时的结构示意图。

本实施例中，每一个全固态电容电芯100的所有第一电容电极10上均设有第一电容电极极耳13，所有第二电容电极20上均设有第二电容电极极耳23。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (11)

1.一种全固态电容电芯，其特征在于：

包括至少一个第一电容电极（10）和至少一个第二电容电极（20）；

所述第一电容电极（10）和第二电容电极（20）之间交错设置；

所述第一电容电极（10）上复合有固态离子导体Ⅰ（11），所述第二电容电极（20）上复合有固态离子导体Ⅱ（21），位于相邻的所述第一电容电极（10）和第二电容电极（20）之间的所述固态离子导体Ⅰ（11）和固态离子导体Ⅱ（21）复合在一起并形成固态离子导体（30），或位于相邻的所述第一电容电极（10）和第二电容电极（20）之间的所述固态离子导体Ⅰ（11）和固态离子导体Ⅱ（21）融合为一体并形成固态离子导体（30）。

2.根据权利要求1所述的全固态电容电芯，其特征在于：

所述第一电容电极（10）的数量N与所述第二电容电极（20）的数量M满足：

M=N，或，|M-N|=1。

3.根据权利要求1所述的全固态电容电芯，其特征在于：

所述第一电容电极（10）设有所述固态离子导体Ⅰ（11）的侧面上设有第一凹槽（12），所述固态离子导体Ⅰ（11）面向所述第一电容电极（10）的一侧嵌入到所述第一凹槽（12）内；和/或，

所述第二电容电极（20）设有所述固态离子导体Ⅱ（21）的侧面上设有第二凹槽（22），所述固态离子导体Ⅱ（21）面向所述第二电容电极（20）的一侧嵌入到所述第二凹槽（22）内。

4.根据权利要求3所述的全固态电容电芯，其特征在于：

所述第一凹槽（12）的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大；

所述第二凹槽（22）的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的全固态电容电芯，其特征在于：

所述第一电容电极（10）设有所述固态离子导体Ⅰ（11）的侧面上阵列设有第一嵌孔，所述固态离子导体Ⅰ（11）面向所述第一电容电极（10）的一侧嵌入到所述第一嵌孔内；和/或，

所述第二电容电极（20）设有所述固态离子导体Ⅱ（21）的侧面上阵列设有第二嵌孔，所述固态离子导体Ⅱ（21）面向所述第二电容电极（20）的一侧嵌入到所述第二嵌孔内。

6.根据权利要求5所述的全固态电容电芯，其特征在于：

任意两个垂直于所述第一嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第一嵌孔上截得的两个径向截面Ⅰ中，靠近所述第一嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸小于等于靠近所述第一嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅰ的几何尺寸；

任意两个垂直于所述第二嵌孔轴线的径向截面在同一个所述第二嵌孔上截得的两个径向截面Ⅱ中，靠近所述第二嵌孔孔底一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸小于等于靠近所述第二嵌孔孔口一侧的径向截面Ⅱ的几何尺寸。

7.根据权利要求1所述的全固态电容电芯，其特征在于：

所述第一电容电极（10）和第二电容电极（20）采用但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电容电极、层状金属氧化物材料、含氧有机聚合物材料、金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅和硅单质中的一种制成；

所述固态离子导体（30）采用水系聚合物或有机系聚合物电解质材料制成。

8.根据权利要求1-7任一项所述的全固态电容电芯，其特征在于：

所述第一电容电极（10）采用第一电容电极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成；

所述第二电容电极（20）采用第二电容电极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成。

9.根据权利要求8所述的全固态电容电芯，其特征在于：

所述第一电容电极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述第一电容电极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料；

所述第二电容电极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述第二电容电极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料。

10.一种全固态叠层电容电芯，其特征在于：

包括软包体Ⅰ（101），所述软包体Ⅰ（101）内设有至少两个复合在一起的如权利要求1-9任一项所述的全固态电容电芯（100）；

相邻的两个所述全固态电容电芯（100）中，其中一个所述全固态电容电芯（100）端部的第一电容电极（10）与另一个所述全固态电容电芯（100）端部的第二电容电极（20）相邻设置，且在该相邻的所述第一电容电极（10）和第二电容电极（20）之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅰ（102）。

11.一种全固态复合电容电芯，其特征在于：

包括软包体Ⅱ（103），所述软包体Ⅱ（103）内设有至少两个复合在一起的如权利要求1-9任一项所述的全固态电容电芯（100）；

相邻的两个所述全固态电容电芯（100）中，

其中一个所述全固态电容电芯（100）端部的第一电容电极（10）与另一个所述全固态电容电芯（100）端部的第一电容电极（10）相邻设置，该相邻的两个所述第一电容电极（10）之间复合在一起或该相邻的两个所述第一电容电极（10）之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅱ（104）或该相邻的两个所述第一电容电极（10）之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ（105）；

或，

其中一个所述全固态电容电芯（100）端部的第二电容电极（20）与另一个所述全固态电容电芯（100）端部的第二电容电极（20）相邻设置；该相邻的两个所述第二电容电极（20）之间复合在一起或该相邻的两个所述第二电容电极（20）之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板Ⅱ（104）或该相邻的两个所述第二电容电极（20）之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅰ（105）；

或，

其中一个所述全固态电容电芯（100）端部的第一电容电极（10）与另一个所述全固态电容电芯（100）端部的第二电容电极（20）相邻设置，且在该相邻的所述第一电容电极（10）和第二电容电极（20）之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜Ⅱ（106）。

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