基于复合材料电极的复合动力固态储能电芯的制作方法

本实用新型属于储能设备技术领域，具体的为一种基于复合材料电极的复合动力固态储能电芯。

背景技术：

公开号为cn203503746u的中国专利公开了一种锂离子电池与电容器一体式电池，包括顶部开口的圆柱状钢壳和设在圆柱状钢壳顶部开口处的圆柱状电容器，其中，圆柱状钢壳内部设有圆柱状电芯，圆柱状电芯由依次叠置并卷绕的带复合材料正极耳的复合材料正极片，带复合材料负极耳的复合材料负极片和隔膜构成，圆柱状电芯底部的复合材料负极耳与圆柱状钢壳的底部相连，圆柱状钢壳的顶部和圆柱状电容器的外壳相连且构成该电池的复合材料负极；圆柱状电芯顶部的复合材料正极耳通过圆柱状电容器的底部与设在圆柱状电容器顶部的复合材料正极相连通，所述圆柱状钢壳的内部设有锂离子电池电解液。

该锂离子电池与电容器一体式电池本质上是将独立的电容器和独立的锂离子电池通过机械的方式设置为一体，即相较于电容器和锂离子电池的体积，该一体式电池并未达到减小体积的目的。另外，该一体式电池将电容器和锂离子电池直接通过结构并联连接，无法实现电容器和锂离子电池单独充放电的技术目的，更无法根据应用场景而调整电池和电容的电能输出方式。

随着储能技术领域的发展，本领域技术人员发现，电容器和电池均有其各自的特点和优缺点。电容器具有充放电快和使用寿命长的优点，可用于输出大功率，但储能容量较电池小。电池具有储能容量大的优点，但存在充放电较慢的缺点，若用于输出大功率，则对其使用寿命影响很大。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于复合材料电极的复合动力固态储能电芯，不仅能够减小体积和重量，提高能量密度，而且在满足储能容量和大功率放电要求的条件下，可以实现电池单元始终在最佳倍率下运行，达到长距离、长寿命循环使用的目的。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于复合材料电极的复合动力固态储能电芯，

包括软包体，所述软包体内设有复合在一起的至少一个固态电池单元和固态电容单元；

所述固态电池单元包括至少一个复合材料正极和至少一个复合材料负极；

所述复合材料正极和复合材料负极交错设置；

相邻的所述复合材料正极和复合材料负极之间设有固态离子导体膜ⅰ；

所述复合材料正极采用正极活性材料与固态离子导体材料ⅰ的混合物制成；

所述复合材料负极采用负极活性材料与固态离子导体材料ⅱ的混合物制成；

和/或，

固态电容单元包括至少一个第一复合材料电容电极和至少一个第二复合材料电容电极；

所述第一复合材料电容电极和第二复合材料电容电极交错设置；

相邻的所述第一复合材料电容电极和第二复合材料电容电极之间设有固态离子导体膜ⅱ；

所述第一复合材料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ⅲ的混合物制成；

所述第二复合材料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ⅳ的混合物制成。

进一步，所述复合材料正极内的所述固态离子导体材料ⅰ与所述正极活性材料之间的摩尔比小于等于100％；

所述复合材料负极内的所述固态离子导体材料ⅱ与所述负极活性材料之间的摩尔比小于等于100％。

进一步，所述正极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述正极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料ⅰ；

所述负极活性材料呈颗粒状均匀分布，且所述负极活性材料颗粒的缝隙中填充有所述固态离子导体材料ⅱ。

进一步，所述第一复合材料电容电极内的所述固态离子导体材料ⅰ与所述第一电容电极活性材料之间的摩尔比小于等于100％；

所述第二复合材料电容电极内的所述固态离子导体材料ⅱ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ⅲ；

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ⅳ。

进一步，每一个所述固态电池单元的所述复合材料正极和复合材料负极上分别设有第一极耳和第二极耳；或，

属于同一个所述固态电池单元的所有所述复合材料正极之间电连接并设有一个第一输出极耳；属于同一个所述固态电池单元的所有所述复合材料负极之间电连接并设有一个第二输出极耳；或，

所有的所述固态电池单元可以进一步组合为至少一个固态电池单元组，所有的所述固态电池单元组中，至少有一个所述固态电池单元组包括至少两个相互串联或并联的所述固态电池单元，所述固态电池单元组上设有用于外接电路的第一连接极耳和一个第二连接极耳。

进一步，所述固态电池单元之间层叠在一起；

当相邻两个所述固态电池单元之间串联或并联连接时，在该相邻的两个所述固态电池单元之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板；

当相邻两个所述固态电池单元之间相互独立时，在该相邻的两个所述固态电池单元之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜ⅰ。

进一步，每一个所述固态电容单元的所述第一复合材料电容电极和第二复合材料电容电极上分别设有第一极耳和第二极耳；或，

属于同一个所述固态电容单元的所有所述第一复合材料电容电极之间电连接并设有一个第一输出极耳；属于同一个所述固态电容单元的所有所述第二复合材料电容电极之间电连接并设有一个第二输出极耳；或，

所有的所述固态电容单元可以进一步组合为至少一个固态电容单元组，所有的所述固态电容单元组中，至少有一个所述固态电容单元组包括至少两个相互串联或并联的所述固态电容单元，所述固态电容单元组上设有用于外接电路的第一连接极耳和一个第二连接极耳。

进一步，所述固态电容单元之间层叠在一起；

当相邻两个所述固态电容单元之间串联或并联连接时，在该相邻的两个所述固态电容单元之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板；

当相邻两个所述固态电容单元之间相互独立时，在该相邻的两个所述固态电容单元之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜ⅱ。

进一步，所述固态电池单元和所述固态电容单元层叠在一起；

当相邻的所述固态电池单元和所述固态电容单元之间串联或并联连接时，在该相邻的固态电池单元和所述固态电容单元之间设有电子导电但离子隔绝的离子隔绝体；

当相邻的所述固态电池单元和所述固态电容单元之间相互独立时，在该相邻的所述固态电池单元和所述固态电容单元之间设有电子绝缘且离子隔绝的绝缘体或集流板。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的基于复合材料电极的复合动力固态储能电芯，通过将固态电池单元和固态电容单元复合在一起，不仅能够减小体积和重量，提高能量密度，而且固态电池单元之间、固态电容单元之间以及固态电池单元和固态电容单元之间可任意组合对外输出电能，在满足储能容量和大功率放点要求的条件下，可根据不同的应用场景控制固态电池单元和固态电容单元的输出电能比例，以实现固态电池单元始终在最佳倍率下运行，达到长距离、长寿命循环使用的目的。

固态电池电芯中，通过将复合材料正极采用正极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，如此，离子可通过固态离子导体膜进入到复合材料正极中的固态离子导体材料内，能够有效提高离子渗透率以及固态离子导体膜与复合材料正极之间的亲润性，并减小固态离子导体膜与复合材料正极之间的界面电阻；同理，通过将复合材料负极采用负极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，离子可通过固态离子导体膜进入到复合材料负极中的固态离子导体材料内，能够有效提高离子渗透率以及固态离子导体膜与复合材料负极之间的亲润性，并减小固态离子导体膜与复合材料负极之间的界面电阻；综上可以，本实用新型的固态电池电芯，能够有效提高固态离子导体膜与电极之间的亲润性，并能够有效减小固态离子导体膜与电极之间的界面电阻，提高离子渗透率。

同理，固态电容电芯中，通过将第一复合材料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，如此，离子可通过固态离子导体膜进入到第一复合材料电容电极中的固态离子导体材料内，能够有效提高离子渗透率以及固态离子导体膜与第一复合材料电容电极之间的亲润性，并减小固态离子导体膜与第一复合材料电容电极之间的界面电阻；同理，通过将第二复合材料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，离子可通过固态离子导体膜进入到第二复合材料电容电极中的固态离子导体材料内，能够有效提高离子渗透率以及固态离子导体膜与第二复合材料电容电极之间的亲润性，并减小固态离子导体膜与第二复合材料电容电极之间的界面电阻；综上可以，本实用新型的固态电容电芯，能够有效提高固态离子导体膜与电极之间的亲润性，并能够有效减小固态离子导体膜与电极之间的界面电阻，提高离子渗透率。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型固态复合动力储能电芯实施例的结构示意图，具体的为一种固态电池电源和一个固态电容单元复合在一起时的结构示意图；

图2为一个固态电池单元与多个固态电容单元复合为一体时的结构示意图；

图3为多个固态电池单元与一个固态电容单元复合为一体时的结构示意图；

图4为多个固态电池单元与多个固态电容单元复合为一体时的结构示意图；

图5为相邻两个固态电池单元层叠在一起时的结构示意图；

图6为为复合材料正极数量n＝1，复合材料负极数量m＝1时的固态电池单元结构示意图；

图7为图6的a详图；

图8为复合材料正极的微观结构示意图；

图9为复合材料负极的微观结构示意图；

图10-11为复合材料正极的数量n＝1，复合材料负极的数量m＝2时的固态电池单元结构示意图；

图12-13为复合材料正极的数量n＝2，复合材料负极的数量m＝1时的固态电池单元结构示意图；

图14-15为复合材料正极的数量n≥2，复合材料负极的数量m≥2时的固态电池单元结构示意图；

图16为将固态电池单元组成固态电池电芯组后的结构示意图；

图17为相邻两个固态电容单元之间的结构示意图；

图18为第一复合材料电容电极的数量s＝1，第二复合材料电容电极的数量r＝1时的固态电池单元结构示意图；

图19为图18的a详图；

图20为第一复合材料电容电极的微观结构示意图；

图21为第二复合材料电容电极的微观结构示意图；

图22-23为第一复合材料电容电极的数量s＝1，第二复合材料电容电极的数量r＝2时的固态电池单元结构示意图；

图24-25为第一复合材料电容电极的数量s＝2，第二复合材料电容电极的数量r＝1时的固态电池单元结构示意图；

图26-27为第一复合材料电容电极的数量s≥2，第二复合材料电容电极的数量r≥2时的固态电池单元结构示意图；

图28为将固态电容单元组成固态电容电芯组后的结构示意图。

附图标记说明：

100-固态电池单元；101-固态电池电芯组；101a-第一连接极耳；101b-第二连接极耳；102-双极集流板ⅰ；103-绝缘隔膜ⅰ；

200-固态电容单元；201-固态电容电芯组；201a-第一连接极耳；201b-第二连接极耳；202-双极集流板ⅱ；203-绝缘隔膜ⅱ；

300-软包体；400-离子隔绝体；500-绝缘体或集流板；

10-复合材料正极；11-正极活性材料；13-第一极耳；14-第一输出极耳；15-固态离子导体材料ⅰ；

20-复合材料负极；21-负极活性材料；23-第二极耳；44-第二输出极耳；25-固态离子导体材料ⅱ；

30-固态离子导体膜ⅰ；

40-第一复合材料电容电极；41-第一电容电极活性材料；43-第三极耳；44-第三输出极耳；45-固态离子导体材料ⅲ；

50-第二复合材料电容电极；51-第二电容电极活性材料；53-第四极耳；54-第四输出极耳；55-固态离子导体材料ⅳ；

60-固态离子导体膜ⅱ。

具体实施方式

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

如图1所示，为本实用新型固态复合动力储能电芯实施例的结构示意图。本实施例的固态复合动力储能电芯，包括软包体300，软包体300内设有复合在一起的至少一个固态电池单元100和固态电容单元200。

具体的，本实施例的固态电池单元100和固态电容单元200层叠在一起；且当相邻的固态电池单元100和固态电容单元200之间串联或并联连接时，在该相邻的固态电池单元100和固态电容单元200之间设有电子导电但离子隔绝的离子隔绝体400；当相邻的固态电池单元100和固态电容单元200之间相互独立时，在该相邻的固态电池单元100和固态电容单元200之间设有电子绝缘且离子隔绝的绝缘体或集流板500。通过在固态电池单元100和固态电容单元200之间设置离子隔绝体400或绝缘体或集流板500，可在本实施例的固态复合动力储能电芯内部的物理结构层面实现固态电池单元100和固态电容单元200之间的串联、并联以及相互独立时绝缘，并对外输出电能。

如图1所示，为一个固态电池单元100和一个固态电容单元200复合在一起时的结构示意图，可根据固态电池单元100和固态电容单元200质检的连接关系的不同，在固态电池单元100和固态电容单元200之间设置离子隔绝体400或绝缘体或集流板500。

如图2所示，为一个固态电池单元100和多个固态电容单元200复合在一起时的结构示意图，可根据固态电池单元100和多个固态电容单元200之间的连接关系的不同，在固态电池单元100和多个固态电容单元200之间设置离子隔绝体400或绝缘体或集流板500。固态电容单元200的数量可根据实际需求设置，即固态电容单元200的数量可以为2个、3个、4个及4个以上等，不再累述。

如图3所示，为多个固态电池单元100和一个固态电容单元200复合在一起时的结构示意图，可根据固态电池单元100与固态电容单元200之间的连接关系的不同，在固态电池单元100与固态电容单元200之间设置离子隔绝体400或绝缘体或集流板500。固态电池单元100的数量可根据实际需求设置，即固态电池单元100的数量可以为2个、3个、4个及4个以上等，不再累述。

如图4所示，为多个固态电池单元100和多个固态电容单元200复合在一起时的结构示意图，可根据固态电池单元100与固态电容单元200之间的连接关系的不同，在固态电池单元100与固态电容单元200之间设置离子隔绝体400或绝缘体或集流板500。固态电池单元100的数量可根据实际需求设置，即固态电池单元100的数量可以为2个、3个、4个及4个以上等，不再累述；同理，固态电容单元200的数量可根据实际需求设置，即固态电容单元200的数量可以为2个、3个、4个及4个以上等，不再累述。另外，固态电池单元100的数量与固态电容单元200的数量可以根据实际需要任意设置，即固态电池单元100的数量与固态电容单元200的数量可以相等，也可以不等，不再累述。

具体的，本实施例的固态电池单元100之间层叠在一起。且当相邻两个固态电池单元100之间串联或并联连接时，在该相邻的两个固态电池单元100之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板ⅰ102；当相邻两个固态电池单元100之间相互独立时，在该相邻的两个固态电池单元100之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜ⅰ103。如图5所示，为相邻两个固态电池单元100之间的结构示意图，可根据固态电池单元100之间的连接关系的不同，在相邻两个固态电池单元100之间设置双极集流板ⅰ102或绝缘隔膜ⅰ103。通过在相邻两个固态电池单元100之间设置双极集流板ⅰ102或绝缘隔膜ⅰ103，可在电芯内部的物理结构层面实现固态电池单元100之间的串联、并联、串并混联以及相互独立时绝缘，并对外输出电能。

具体的，本实施例的固态电池电芯，包括至少一个复合材料正极10和至少一个复合材料负极20。复合材料正极10和复合材料负极20交错设置，且相邻的复合材料正极10和复合材料负极20之间设有固态离子导体膜ⅰ30。

本实施例的复合材料正极10采用正极活性材料11与固态离子导体材料ⅰ15的合成物或混合物制成；具体的，本实施例的正极活性材料11呈颗粒状均匀分布，且正极活性材料颗粒的缝隙中填充有固态离子导体材料ⅰ15。复合材料正极10内的固态离子导体材料ⅰ15与正极活性材料11之间的摩尔比小于等于100％。通过将复合材料正极采用正极活性材料11与固态离子导体材料ⅰ15的混合物制成，混合在复合材料正极10内的固态离子导体材料ⅰ15与固态离子导体膜ⅰ30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ⅰ15采用与固态离子导体膜ⅰ30相同的材料制成，当然，固态离子导体材料ⅰ15与固态离子导体膜ⅰ30之间也可以采用不同的材料制成，只要能够达到增强固态离子导体膜ⅰ30与复合材料正极10之间的亲润性以及降低固态离子导体膜ⅰ30与复合材料正极10之间的界面电阻、增加离子渗透率均可。

本实施例的复合材料负极20采用负极活性材料21与固态离子导体材料ⅱ25的合成物或混合物制成；具体的，本实施例的负极活性材料21呈颗粒状均匀分布，且负极活性材料颗粒的缝隙中填充有固态离子导体材料ⅱ25。复合材料负极20内的固态离子导体材料ⅱ25与负极活性材料21之间的摩尔比小于等于100％。通过将复合材料负极20采用负极活性材料21与固态离子导体材料ⅱ25的混合物制成，混合在复合材料负极20内的固态离子导体材料ⅱ25与固态离子导体膜ⅰ30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ⅱ25采用与固态离子导体膜ⅰ30相同的材料制成，当然，只要能够达到增强固态离子导体膜ⅰ30与复合材料正极10以及复合材料负极20之间的亲润性以及降低固态离子导体膜ⅰ30与复合材料正极10以及复合材料负极20之间的界面电阻、增加离子渗透率均可。

进一步，复合材料正极10的数量n与复合材料负极20的数量m之间满足：

m＝n，或，|m-n|＝1。

如图6-7所示，为复合材料正极10的数量n与复合材料负极20的数量m满足m＝n＝1时的固态电池单元结构示意图，此时在每一个固态电池单元100的复合材料正极10和复合材料负极20上分别设有第一极耳13和第二极耳23，可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电池单元100之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能。

如图10-11所示，为复合材料正极10的数量n＝1，复合材料负极20的数量m＝2时的固态电池单元结构示意图。此时，可以在每一个固态电池单元100的复合材料正极10和复合材料负极20上分别设置第一极耳13和第二极耳23，可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电池单元100之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能，如图10所示。也可以将属于同一个固态电池单元100的所有复合材料正极10之间电连接并设有一个第一输出极耳14，在复合材料负极20上设置第二输出极耳24，如图11所示。可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电池单元100之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能。

如图12-13所示，为复合材料正极10的数量n＝2，复合材料负极20的数量m＝1时的固态电池单元结构示意图。此时，可以在每一个固态电池单元100的复合材料正极10和复合材料负极20上分别设置第一极耳13和第二极耳23，可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电池单元100之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能，如图12所示。也可以将属于同一个固态电池单元100的所有复合材料负极20之间电连接并设有一个第二输出极耳24，在复合材料正极10上设置第一输出极耳14，如图13所示。可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电池单元100之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能。

如图14-15所示，为复合材料正极10的数量n≥2，复合材料负极20的数量m≥2时的固态电池单元结构示意图。此时，可以在每一个固态电池单元100的复合材料正极10和复合材料负极20上分别设置第一极耳13和第二极耳23，可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电池单元100之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能，如图16所示。也可以将属于同一个固态电池单元100的所有复合材料正极10之间电连接并设有一个第一输出极耳14，将属于同一个固态电池单元100的所有复合材料负极20之间电连接并设有一个第二输出极耳24，如图17所示。可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电池单元100之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能。

当然，以上的所有结构类型的固态电池单元100中，当固态电池单元100为至少两个时，所有的固态电池单元100可以进一步组合为至少一个固态电池电芯组101，所有的固态电池电芯组101中，至少有一个固态电池电芯组101包括至少两个相互串联或并联的固态电池单元100，固态电池电芯组101上设有用于外接电路的第一连接极耳101a和一个第二连接极耳101b。可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电池电芯组101之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能，如图20所示。

进一步，本实施例的复合材料正极10的侧面为平面，固态离子导体膜ⅰ30与所述复合材料正极10的侧面贴合。当然，在一些实施例中，也可以在复合材料正极10的侧面上设置第一凹槽，与对应的复合材料正极10侧面贴合的固态离子导体膜ⅰ30嵌入到第一凹槽内，具体的，第一凹槽可设置为多种结构，如可以采用但不限于波浪槽、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膜ⅰ30与复合材料正极10侧面的结合面积，本实施例的第一凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。在一些实施例中，也可以在复合材料正极10的侧面上阵列设有第一嵌孔，与对应的复合材料正极10侧面贴合的固态离子导体膜ⅰ30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。具体的，第一嵌孔可采用多种结构，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。通过在复合材料正极10设置第一凹槽或第一嵌入孔，能够有效增强复合材料正极10与固态离子导体膜ⅰ30之间的结合强度和亲润性，并减少复合材料正极10与固态离子导体膜ⅰ30之间的界面电阻。

本实施例的复合材料负极20的侧面为平面，固态离子导体膜ⅰ30与所述复合材料负极20的侧面贴合。当热，在一些实施例中，可以在复合材料负极20的侧面上设置第二凹槽，与对应的复合材料负极20侧面贴合的固态离子导体膜ⅰ30嵌入到第二凹槽内。具体的，第一凹槽可设置为多种结构，如可以采用但不限于波浪槽、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膜ⅰ30与复合材料负极20侧面之间的结合面积，第二凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。在一些实施例中，也可以在复合材料负极20的侧面上阵列设有第二嵌孔，与对应的复合材料负极20侧面贴合的固态离子导体膜ⅰ30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。第二嵌孔均采用多种结构，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。通过在复合材料负极20上设置第二凹槽，增强复合材料负极20与固态离子导体膜ⅰ30之间的结合强度和亲润性，并减少复合材料负极20与固态离子导体膜ⅰ30之间的界面电阻。

具体的，在一些实施例中，可以仅在复合材料正极10的侧面上仅设置第一凹槽或第一嵌孔，也可以同时在复合材料正极10的侧面上设置第一凹槽和第一嵌孔。同理，在一些实施例中，可以仅在复合材料负极20的侧面上设置第二凹槽或第二嵌孔，也可以同时在复合材料负极20的侧面上设置第二凹槽和第二嵌孔。

进一步，正极活性材料11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池电极、层状金属氧化物材料或含氧有机聚合物材料；负极活性材料21采用但不限于金属锂、金属钠、金属铝、金属镁、金属钾、石墨烯、硬碳、氧化硅或硅单质制成。

所述固态离子导体膜ⅰ30采用热压物理方法或化学方法分别与所述复合材料正极和复合材料负极形成良好的电极/电解液界面。具体的，所述固态离子导体膜ⅰ30、固态离子导体材料ⅰ15和固态离子导体材料ⅱ25采用但不限于凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成。其中，凝胶为由高分子化合物-金属盐和/或溶剂三元组分组成的电解质，采用但不限于聚(乙烯醇)基衍生物-酸或碱或金属盐、聚(苯并咪唑)基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚(偏氟乙烯)基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚(环氧乙烷)基衍生物-金属盐-有机溶剂和聚(甲基丙烯酸甲酯)基衍生物-金属盐-有机溶剂的一种或至少两种的混合物制成。氧化物包括但不限于钠超离子导体(nasicon)型-liti2(po4)3及其衍生物、锂超离子导体(lisicon)型-li14zn(geo4)4及其衍生物和石榴石(garnet)型-li7la3zr2o12及其衍生物。硫化物包括但不限于li10gep2s12、li2s-p2s5及其衍生物、卤化物、氢化物和磷锂氮氧化物。有机聚合物采用聚(环氧乙烷)(peo)基衍生物-金属盐、聚(苯并咪唑)基衍生物-金属盐、聚(偏氟乙烯)基衍生物-金属盐中的一种或至少两种的混合物制成。另外，固态离子导体膜ⅰ30、固态离子导体材料ⅰ15和固态离子导体材料ⅱ25可以采用相同的材料制成，也可以采用不同的材料制成，但需要能够满足离子导通。

本实施例的固态电池电芯，通过将复合材料正极采用正极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，如此，离子可通过固态离子导体膜进入到复合材料正极中的固态离子导体材料内，能够有效提高离子渗透率以及固态离子导体膜与复合材料正极之间的亲润性，并减小固态离子导体膜与复合材料正极之间的界面电阻；同理，通过将复合材料负极采用负极活性材料与固态离子导体材料的混合物制成，离子可通过固态离子导体膜进入到复合材料负极中的固态离子导体材料内，能够有效提高离子渗透率以及固态离子导体膜与复合材料负极之间的亲润性，并减小固态离子导体膜与复合材料负极之间的界面电阻；综上可以，本实施例的固态电池电芯，能够有效提高固态离子导体膜与电极之间的亲润性，并能够有效减小固态离子导体膜与电极之间的界面电阻，提高离子渗透率。

本实施例的固态电容单元200之间层叠在一起。且当相邻两个固态电容单元200之间串联或并联连接时，在该相邻的两个固态电容单元200之间设有电子导电但离子隔离的双极集流板ⅱ202；当相邻两个固态电容单元200之间相互独立时，在该相邻的两个固态电容单元200之间设有电子绝缘且离子隔离的绝缘隔膜ⅱ203。如图17所示，为相邻两个固态电容单元200之间的结构示意图，可根据固态电容单元200之间的连接关系的不同，在相邻两个固态电容单元200之间设置双极集流板ⅱ202或绝缘隔膜ⅱ203。通过在相邻两个固态电容单元200之间设置双极集流板ⅱ202或绝缘隔膜ⅱ203，可在电芯内部的物理结构层面实现固态电容单元200之间的串联、并联、串并混联以及相互独立时绝缘，并对外输出电能。

如图18所示，本实施例的固态电容电芯，包括至少一个第一复合材料电容电极40和至少一个第二复合材料电容电极50。第一复合材料电容电极40和第二复合材料电容电极50交错设置，且相邻的第一复合材料电容电极40和第二复合材料电容电极50之间设有固态离子导体膜ⅱ60。

本实施例的第一复合材料电容电极40采用第一电容电极活性材料41与固态离子导体材料ⅲ45的混合物制成；具体的，本实施例的第一电容电极活性材料41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ⅲ45。第一复合材料电容电极40内的固态离子导体材料ⅲ45与第一电容电极活性材料41之间的摩尔比小于等于400％。通过将第一复合材料电容电极采用第一电容电极活性材料41与固态离子导体材料ⅲ45的混合物制成，混合在第一复合材料电容电极40内的固态离子导体材料ⅲ45与固态离子导体膜ⅱ60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ⅲ45采用与固态离子导体膜ⅱ60相同的材料制成，当然，固态离子导体材料ⅲ45与固态离子导体膜ⅱ60之间也可以采用不同的材料制成，只要能够达到增强固态离子导体膜ⅱ60与第一复合材料电容电极40之间的亲润性以及降低固态离子导体膜ⅱ60与第一复合材料电容电极40之间的界面电阻、增加离子渗透率均可。

本实施例的第二复合材料电容电极50采用第二电容电极活性材料51与固态离子导体材料ⅳ55的混合物制成；具体的，本实施例的第二电容电极活性材料51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ⅳ55。第二复合材料电容电极50内的固态离子导体材料ⅳ55与第二电容电极活性材料51之间的摩尔比小于等于400％。通过将第二复合材料电容电极50采用第二电容电极活性材料51与固态离子导体材料ⅳ55的混合物制成，混合在第二复合材料电容电极50内的固态离子导体材料ⅳ55与固态离子导体膜ⅱ60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ⅳ55采用与固态离子导体膜ⅱ60相同的材料制成，当然，只要能够达到增强固态离子导体膜ⅱ60与第一复合材料电容电极40以及第二复合材料电容电极50之间的亲润性以及降低固态离子导体膜ⅱ60与第一复合材料电容电极40以及第二复合材料电容电极50之间的界面电阻、增加离子渗透率均可。

进一步，第一复合材料电容电极40的数量s与第二复合材料电容电极50的数量r满足：

s＝r，或，|s-r|＝1。

如图18-19所示，为第一复合材料电容电极40的数量s与第二复合材料电容电极50的数量r满足s＝r＝1时的固态电池单元结构示意图，此时在每一个固态电容单元500的第一复合材料电容电极40和第二复合材料电容电极50上分别设有第三极耳43和第四极耳53，可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电容单元500之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能。

如图22-23所示，为第一复合材料电容电极40的数量s＝1，第二复合材料电容电极50的数量r＝2时的固态电池单元结构示意图。此时，可以在每一个固态电容单元500的第一复合材料电容电极40和第二复合材料电容电极50上分别设置第三极耳43和第四极耳53，可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电容单元500之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能，如图22所示。也可以将属于同一个固态电容单元500的所有第一复合材料电容电极40之间电连接并设有一个第三输出极耳44，在第二复合材料电容电极50上设置第四输出极耳54，如图23所示。可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电容单元500之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能。

如图24-25所示，为第一复合材料电容电极40的数量s＝2，第二复合材料电容电极50的数量r＝1时的固态电池单元结构示意图。此时，可以在每一个固态电容单元500的第一复合材料电容电极40和第二复合材料电容电极50上分别设置第三极耳43和第四极耳53，可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电容单元500之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能，如图24所示。也可以将属于同一个固态电容单元500的所有第二复合材料电容电极50之间电连接并设有一个第四输出极耳54，在第一复合材料电容电极40上设置第三输出极耳44，如图25所示。可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电容单元500之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能。

如图26-27所示，为第一复合材料电容电极40的数量s≥2，第二复合材料电容电极50的数量r≥2时的固态电池单元结构示意图。此时，可以在每一个固态电容单元500的第一复合材料电容电极40和第二复合材料电容电极50上分别设置第三极耳43和第四极耳53，可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电容单元500之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能，如图26所示。也可以将属于同一个固态电容单元500的所有第一复合材料电容电极40之间电连接并设有一个第三输出极耳44，将属于同一个固态电容单元500的所有第二复合材料电容电极50之间电连接并设有一个第四输出极耳54，如图27示。可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电容单元500之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能。

当然，以上的所有结构类型的固态电容单元500中，当固态电容单元500为至少两个时，所有的固态电容单元500可以进一步组合为至少一个固态电池电芯组501，所有的固态电池电芯组501中，至少有一个固态电池电芯组501包括至少两个相互串联或并联的固态电容单元500，固态电池电芯组501上设有用于外接电路的第一连接极耳501a和一个第二连接极耳501b。可根据使用场景的不同，利用外电路控制固态电池电芯组501之间的串联、并联、串并混联或相互独立地对外输出电能，如图28所示。

进一步，本实施例的第一复合材料电容电极10的侧面为平面，固态离子导体膜ⅱ60与所述第一复合材料电容电极10的侧面贴合。当然，在一些实施例中，也可以在第一复合材料电容电极10的侧面上设置第三凹槽，与对应的第一复合材料电容电极10侧面贴合的固态离子导体膜ⅱ60嵌入到第三凹槽内，具体的，第三凹槽可设置为多种结构，如可以采用但不限于波浪槽、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膜ⅱ60与第一复合材料电容电极10侧面的结合面积，本实施例的第三凹槽的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。在一些实施例中，也可以在第一复合材料电容电极10的侧面上阵列设有第三嵌孔，与对应的第一复合材料电容电极10侧面贴合的固态离子导体膜ⅱ60嵌入到第三嵌孔内。具体的，任意两个垂直于第三嵌孔轴线的径向截面在同一个第三嵌孔上截得的两个径向截面ⅰ中，靠近第三嵌孔孔底一侧的径向截面ⅰ的几何尺寸小于等于靠近第三嵌孔孔口一侧的径向截面ⅰ的几何尺寸。具体的，第三嵌孔可采用多种结构，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。通过在第一复合材料电容电极10设置第三凹槽或第一嵌入孔，能够有效增强第一复合材料电容电极10与固态离子导体膜ⅱ60之间的结合强度和亲润性，并减少第一复合材料电容电极10与固态离子导体膜ⅱ60之间的界面电阻。

本实施例的第二复合材料电容电极20的侧面为平面，固态离子导体膜ⅱ60与所述第二复合材料电容电极20的侧面贴合。当热，在一些实施例中，可以在第二复合材料电容电极20的侧面上设置第四嵌孔，与对应的第二复合材料电容电极20侧面贴合的固态离子导体膜ⅱ60嵌入到第四嵌孔内。具体的，第三凹槽可设置为多种结构，如可以采用但不限于波浪槽、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膜ⅱ60与第二复合材料电容电极20侧面之间的结合面积，第四嵌孔的宽度沿着槽底指向槽口的方向逐渐增大。在一些实施例中，也可以在第二复合材料电容电极20的侧面上阵列设有第四嵌孔，与对应的第二复合材料电容电极20侧面贴合的固态离子导体膜ⅱ60嵌入到第四嵌孔内。任意两个垂直于第四嵌孔轴线的径向截面在同一个第四嵌孔上截得的两个径向截面ⅱ中，靠近第四嵌孔孔底一侧的径向截面ⅱ的几何尺寸小于等于靠近第四嵌孔孔口一侧的径向截面ⅱ的几何尺寸。第四嵌孔均采用多种结构，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。通过在第二复合材料电容电极20上设置第四嵌孔，增强第二复合材料电容电极20与固态离子导体膜ⅱ60之间的结合强度和亲润性，并减少第二复合材料电容电极20与固态离子导体膜ⅱ60之间的界面电阻。

具体的，在一些实施例中，可以仅在第一复合材料电容电极10的侧面上仅设置第三凹槽或第三嵌孔，也可以同时在第一复合材料电容电极10的侧面上设置第三凹槽和第三嵌孔。同理，在一些实施例中，可以仅在第二复合材料电容电极20的侧面上设置第四嵌孔或第四嵌孔，也可以同时在第二复合材料电容电极20的侧面上设置第四嵌孔和第四嵌孔。

进一步，第一电容电极活性材料41和第二电容电极活性材料51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；具体的，第一电容电极活性材料41和第二电容电极活性材料51可以采用相同的材料制成，也可以分别采用不同的材料制成，不再累述。

所述固态离子导体膜ⅱ60采用热压物理方法或化学方法分别与所述复合材料正极和复合材料负极形成良好的电极/电解液界面。具体的，所述固态离子导体膜ⅱ60、固态离子导体材料ⅰ45和固态离子导体材料ⅱ55采用但不限于凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成。其中，凝胶为由高分子化合物-金属盐和/或溶剂三元组分组成的电解质，采用但不限于聚(乙烯醇)基衍生物-酸或碱或金属盐、聚(苯并咪唑)基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚(偏氟乙烯)基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚(环氧乙烷)基衍生物-金属盐-有机溶剂和聚(甲基丙烯酸甲酯)基衍生物-金属盐-有机溶剂的一种或至少两种的混合物制成。氧化物包括但不限于钠超离子导体(nasicon)型-liti2(po4)3及其衍生物、锂超离子导体(lisicon)型-li14zn(geo4)4及其衍生物和石榴石(garnet)型-li7la3zr2o12及其衍生物。硫化物包括但不限于li10gep2s12、li2s-p2s5及其衍生物、卤化物、氢化物和磷锂氮氧化物。有机聚合物采用聚(环氧乙烷)(peo)基衍生物-金属盐、聚(苯并咪唑)基衍生物-金属盐、聚(偏氟乙烯)基衍生物-金属盐中的一种或至少两种的混合物制成。具体的，固态离子导体膜ⅱ60、固态离子导体材料ⅲ45和固态离子导体材料ⅳ55可以采用相同的材料制成，也可以采用不同的材料制成，但需要能够满足离子导通。

本实施例的固态电容电芯，通过将第一复合材料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，如此，离子可通过固态离子导体膜进入到第一复合材料电容电极中的固态离子导体材料内，能够有效提高离子渗透率以及固态离子导体膜与第一复合材料电容电极之间的亲润性，并减小固态离子导体膜与第一复合材料电容电极之间的界面电阻；同理，通过将第二复合材料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，离子可通过固态离子导体膜进入到第二复合材料电容电极中的固态离子导体材料内，能够有效提高离子渗透率以及固态离子导体膜与第二复合材料电容电极之间的亲润性，并减小固态离子导体膜与第二复合材料电容电极之间的界面电阻；综上可以，本实施例的固态电容电芯，能够有效提高固态离子导体膜与电极之间的亲润性，并能够有效减小固态离子导体膜与电极之间的界面电阻，提高离子渗透率。

本实施例的基于复合材料电极的复合动力固态储能电芯，通过将固态电池单元和固态电容单元复合在一起，不仅能够减小体积和重量，提高能量密度，而且固态电池单元之间、固态电容单元之间以及固态电池单元和固态电容单元之间可任意组合对外输出电能，在满足储能容量和大功率放点要求的条件下，可根据不同的应用场景控制固态电池单元和固态电容单元的输出电能比例，以实现固态电池单元始终在最佳倍率下运行，达到长距离、长寿命循环使用的目的。

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