[0001] 本实用新型涉及新能源领域，尤其涉及一种高能量电池电容及电源包。

[0002] 超级电容器，又称“电化学电容器”，是一种鉴于传统物理电容和化学电池之间的新型二次化学电源储能装置，同时具有电解电容的功率特性和电池的能量储能优势。此外，相对于传统电容和电池，超容显著优势还包括长循环寿命(可达100万次以上)、更宽的使用温度区间(-40～70℃)以及更高的安全性和可靠性，在家庭、工业、交通和军事等领域用途广泛。

[0003] 与锂离子电池相比，超级电容器最大的瓶颈在于能量密度较低。为此，日本人首先提出了“锂离子电容器”概念，该项技术以富士重工为代表，其基本技术思路是预先将锂离子通过“短接”方式引入到以硬碳为代表的碳材料中(即预嵌锂技术)，实现能量的预先“储存”，然后与活性炭材料为代表的正极材料组合，构成比双电层电容更高比能量的混合型超容。后来的开发者基本按照此思路，仅仅是在锂离子来源(如采用锂金属片、超细纳米锂粉包覆电极或者通过电化学引入第三极等)有所不同。从工业生产角度看，现有技术要么存在嵌锂量难以控制、产品一直性差，要么工艺复杂，成本居高不下，抑或是锂引入产生的安全隐患等无法消除等问题，对生产控制不利。

[0004] 目前化学电源被广泛应用于用电设备，特别是移动消费和新能源汽车等电子产品。其中，锂离子电池(LIB)因其现有的能量密度较高而被大量使用。但锂离子电池的倍率特性、安全性和循环耐久性有待进一步提高，在北方以及较为寒冷的地方使用锂离子电池将给用户带来使用不便的体验。

[0005] 因此，发展一种高能量的电池电容具有重大意义。实用新型内容

[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种高能量电池电容及电源包，其能够在保持传统超级电容器高比功率特点的同时兼具更高的能量密度。

[0007] 为了解决上述问题，本实用新型提供了一种高能量电池电容，包括一外壳，设置在所述外壳内的正极片、负极片及位于所述正极片与所述负极片之间的隔膜，所述外壳内注有电解液，所述正极片包括一正极集流体及复合在所述正极集流体上的预成型正极膜，所述负极片包括一负极集流体及复合在所述负极集流体上的预成型负极膜。

[0008] 在一实施例中，所述高能量电池电容的工作电压为2.0～4.2V，比功率4000-6000W/Kg，比能量为30-90Wh/Kg。

[0009] 在一实施例中，所述正极片、隔膜及负极片以卷绕的方式置于所述外壳内。

[0010] 在一实施例中，所述正极片、隔膜及负极片以叠片的方式置于所述外壳内。

[0011] 本实用新型还提供一种电源包，包括至少一个上述的高能量电池电容。

[0012] 在一实施例中，多个所述高能量电池电容串联形成所述电源包。

[0013] 在一实施例中，多个所述高能量电池电容并联形成所述电源包。

[0014] 在一实施例中，多个所述高能量电池电容者串联与并联混合形成所述电源包。

[0015] 在一实施例中，所述电源包工作电压为3-800V，有效储存能量为1Wh-100kWh。

[0016] 本实用新型的优点在于，本实用新型高能量电池电容预先形成正极膜及负极膜，再将正极膜及负极膜与集流体复合，进而形成正极片与负极片。而现有的方法则是将正极材料及负极材料分别形成浆料，再将浆料分别涂覆在集流体上，进而形成正极片及负极片。本实用新型的高能量的电池电容在保持传统超级电容器高比功率特点的同时兼具更高的能量密度。

[0018] 下面结合附图对本实用新型提供的高能量电池电容及电源包的具体实施方式做详细说明。

[0019] 本实用新型提供一种高能量电池电容。图1是本实用新型高能量电池电容的截面结构示意图。请参阅图1，本实用新型高能量电池电容包括一外壳1，设置在所述外壳1内的正极片2、负极片3及位于所述正极片2与所述负极片3之间的隔膜4。所述外壳1内注有电解液。

[0020] 所述正极片2包括一正极集流体20及复合在所述正极集流体20上的预成型正极膜21。

[0021] 所述正极片可采用如下方法制作：

[0022] (1)将正极材料压延形成预成型正极膜。其中，所述正极材料为正极活性物质、导电剂及粘合剂的混合物。所述正极活性物质选自于活性炭、介孔碳、纳米碳与氧化物的复合物中的一种或几种。所述氧化物选自于锰氧化物、镍氧化物、铁氧化物、钴氧化物、钒氧化物、钨氧化物以及它们的复合物中的一种或几种。所述导电剂及粘结剂为本领域常规的材料，例如，导电剂为导电炭黑，粘结剂为聚四氟乙烯。在该步骤中，所述正极材料具有一定的粘稠度，则经过压延后，其能够形成预成型正极膜。

[0023] (2)将所述预成型正极膜与正极集流体复合，形成正极片。所述正极集流体可以为铝集流体。两者复合后进行干燥，以形成正极片。其中干燥可采用烘箱干燥。

[0024] 所述负极片3包括一负极集流体30及复合在所述负极集流体30上的预成型负极膜31。

[0025] 所述负极片可采用如下方法制作：

[0026] (1)将负极材料压延形成预成型负极膜。其中，所述负极材料为负极活性物质、导电剂及粘合剂的混合物，所述负极活性物质为具有嵌锂及脱锂功能的材料。例如，所述负极活性物质选自于碳材料、钛氧化物、硅氧化物、锡氧化物中的一种或几种。其中，所述碳材料选自于层状石墨、硅碳、介孔碳、硬碳、改性石墨、石墨烯以及它们的复合物中的一种或几种。所述导电剂及粘结剂为本领域常规的材料，例如导电剂为导电石墨，粘结剂为聚四氟乙烯。在该步骤中，所述负极材料具有一定的粘稠度，则经过压延后，其能够形成预成型负极膜。

[0027] (2)将所述预成型负极膜与负极集流体复合，形成负极片。所述负极集流体可以为铜集流体。两者复合后进行干燥，以形成负极片。其中干燥可采用烘箱干燥。

[0028] 本实用新型高能量电池电容预先形成预成型正极膜21及预成型负极膜31，而不是将正极浆料及负极浆料涂覆在正极集流体及负极集流体上，因此，本实用新型的电池电容在保持传统超级电容器高比功率特点的同时兼具更高的能量密度。

[0029] 进一步，在形成正极片及负极片之后，电池电容的制作可采用如下方法[0030] (1)将一隔膜设置在所述正极片与所述负极片之间，并将所述正极片、隔膜及负极片制成电芯。所述隔膜为聚乙烯微孔隔离膜、聚丙烯微孔隔离膜、纤维素隔离膜、无纺布隔离膜或上述材料两者及两者以上构成的复合膜。所述正极片、隔膜及负极片通过卷绕或者叠片方式制成电芯。

[0031] (2)将所述电芯装入外壳，经过焊接、干燥、注电解液、封口后制成电池电容。其中，所述正极片与负极片的容量之比为1:1～1:5。

[0032] 其中，在电解液中，溶质为锂盐、钠盐、季铵盐、叔铵盐中的一种或几种，特征锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂，三氟甲基磺酸锂、二(三氟甲基磺酸)亚胺锂和高氯酸锂。溶剂为腈类和酯类的一种或几种，特征溶剂为乙腈、丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丁烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、乙酸乙酯中的一种或几种，电解液的浓度为1.0～1.8M。所述电池电容结构为圆柱形、方型或异型，其外壳为铝壳、不锈钢壳或塑铝膜等耐腐蚀和电化学稳定材料。

[0033] (3)通过电化学充放电方式将所述电池电容激活，并搁置老化，进而获得所述高能量电池电容。优选地，电池电容通过电化学循环充放电的方式激活。其中，活性非质子离子通过体系电化学方法激活获得储能功能，避免了现有文献提到的复杂、耗时、耗能的工艺过程。

[0034] 进一步，图1是截面示意图，在图1中观察不到正极片2、隔膜4及负极片3在外壳1 内的设置方式，优选地，所述正极片2、隔膜4及负极片3以卷绕或者叠片的方式置于所述外壳1内。所述高能量电池电容的工作电压为2.0～4.2V，比功率4000-6000W/Kg，比能量为30-90Wh/Kg，循环使用寿命10000-50000次。

[0035] 本实用新型高能量电池电容预先形成正极膜及负极膜，再将正极膜及负极膜与集流体复合，进而形成正极片与负极片。而现有的方法则是将正极材料及负极材料分别形成浆料，再将浆料分别涂覆在集流体上，进而形成正极片及负极片。本实用新型的方法制备的电池电容在保持传统超级电容器高比功率特点的同时兼具更高的能量密度。

[0036] 本实用新型还提供一种电源包，其包括至少一个上述的高能量电池电容。一个或者多个上述的高能量电池电容串联或者并联或者串联与并联混合形成电源包。其中，所述电源包工作电压为3-800V，有效储存能量为1Wh-100kWh。

[0037] 所述电源包可应用于电动工具、点火器、充电宝、电动自行车、极速照明、手电筒、应急灯、移动电源、电动剃须刀、园林工具、无人机、吸尘器、智能机器人、电动仓储AGV、电动叉车、港口机械AGV、工程机械、电动汽车和电动船等。

[0038] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。