[發(fā)明專利]一種制備MnO2/C復(fù)合薄膜電極材料的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110081440.0
• 申請(qǐng)日: 2011-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN102157272A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黎陽;謝華清;王繼芬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/042
• 分類號(hào): H01G9/042
• 代理公司: 上海東創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域的超級(jí)薄膜電容器，具體涉及一種制備MnO₂/C復(fù)合薄膜電極材料的方法。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器(Supercapacitor)是近年來繼鎳氫電池、鋰離子電池等二次電源之后發(fā)展起來的新型清潔儲(chǔ)能器件，其應(yīng)用涉及消費(fèi)類電子產(chǎn)品、太陽能產(chǎn)品、電動(dòng)玩具和工具、微電子工業(yè)、軍事應(yīng)用和汽車工業(yè)等諸多領(lǐng)域。超級(jí)電容器同市場(chǎng)上現(xiàn)有鎳氫電池、鋰離子電池等流行儲(chǔ)能元件相比，具有幾個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：①比功率大。可以提供數(shù)十倍于二次電池的功率密度，可完成瞬時(shí)大功率的輸出要求；②循環(huán)壽命長(zhǎng)。超級(jí)電容器的理論壽命通常在十萬次以上，這是二次電池難以達(dá)到的；③工作溫度范圍寬。在零下幾十度的低溫及較高溫度下均可保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)；④充電時(shí)間短。但在微電子產(chǎn)品中，微器件的加速、開關(guān)等十分頻繁。同汽車啟動(dòng)類似，微器件的驅(qū)動(dòng)同樣需要短時(shí)大功率能量來開啟器件開關(guān)、加速等。鋰離子薄膜二次電池作為微器件的驅(qū)動(dòng)能源，雖然它有較高的能量密度，但功率密度偏小，難以勝任反復(fù)的器件瞬時(shí)開關(guān)、加速，這就需要大功率、可快速充放電的超級(jí)薄膜電容器的支持[J.H.Lim，D.J.Choi，H.-K.Kim，W.I.Cho，Y.S.Yoon，J.Electrochem.Soc.，148(3)(2001)A275.]。因此，大比容量的超級(jí)薄膜電容器成為現(xiàn)今微電子行業(yè)器件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)，是未來微電子產(chǎn)業(yè)微器件驅(qū)動(dòng)解決方案的重要方向之一[H.-K.Kim，T.-Y.Seong，J.-H.Lim，W.I.Cho，Y.S.Yoon，J.Power?Sources?102(2001)167.H.-K.Kim，S.-H.Choi，Y.S.Yoon，S.-Y.Chang，Y.-W.Ok，T.-Y.Seong，Thin?Solid?Films?475(2005)54.]。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種制備MnO₂/C復(fù)合薄膜電極材料的方法，其目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的功率密度偏小，難以勝任反復(fù)的器件瞬時(shí)開關(guān)、加速等需要，本發(fā)明不僅操作流程簡(jiǎn)單，設(shè)備工藝成熟，適用范圍廣，而且得到的MnO₂/C復(fù)合薄膜電極材料比電容高、循環(huán)穩(wěn)定性好。

一種制備MnO₂/C復(fù)合薄膜電極材料的方法，其特征在于：采用磁控濺射方法制備，通過控制濺射電源功率、濺射氣氛、濺射偏壓、濺射壓強(qiáng)和濺射溫度得到MnO₂/C復(fù)合薄膜，具體步驟如下：

選直徑2英寸的金屬M(fèi)n靶和石墨靶為靶材；濺射氣氛為高純Ar和高純O₂的混合氣；Mn靶采用射頻電源，所述的射頻電源功率在50～150W之間；石墨靶采用直流電源，所述的直流電源功率30～60W之間；濺射前的基底真空小于5×10^-4Pa；在濺射過程中對(duì)基底施加0～-100V濺射偏壓；并將濺射壓強(qiáng)控制在0.5～1.0Pa之間內(nèi)；濺射時(shí)對(duì)濺射室溫度控制為室溫～300℃之間。。

所述的濺射氣氛流量比Ar∶O₂＝1∶1。

本發(fā)明采用磁控濺射方法制備MnO₂/C復(fù)合薄膜電極材料。通過控制濺射電源功率、濺射氣氛、濺射偏壓、濺射壓強(qiáng)和濺射溫度幾個(gè)條件得到MnO₂/C復(fù)合薄膜。MnO₂/C復(fù)合薄膜電極材料做為法拉第贗電容電極材料，有著較大的比電容和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。在MnO₂/C復(fù)合薄膜體系中，C材料良好的導(dǎo)電性為MnO₂在電極氧化還原過程中釋放出更多的法拉第贗電容起到了重要的促進(jìn)作用，提高了的MnO₂/C復(fù)合薄膜電極的比電容。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：操作流程簡(jiǎn)單，設(shè)備工藝成熟，適用范圍廣；得到的MnO₂/C復(fù)合薄膜電極材料比電容高、循環(huán)穩(wěn)定性好，可應(yīng)用在需要高穩(wěn)定性、高功率密度微型電源的場(chǎng)合。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1：