[發明專利]一種高儲能純固態超級電容器的制備方法

無效

• 申請號: 201210266997.6
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102810407A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 劉必前;任曉靈;楊海軍;何敏;汪前東
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01G9/07
• 分類號: H01G9/07;H01G9/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高儲能純固態超級電容器的制備方法。

背景技術

電容器作為一種充電快、使用壽命長的電能儲存元件受到廣泛的關注。隨著電容器的發展，對提高電介質的介電常數，提高絕緣性能，提高電介質的耐高壓性能，在工藝上制作出更薄的電介質層已經成為新一代電容器的重要發展方向。美國的Eestor公司采用鈦酸鋇作為高介電常數陶瓷材料制備純固態的超級電容器能量密度高達0.4Wh/g，儲電能力超過現有的電池。高純鈦酸鋇的相對介電常數為20000左右，而釔離子摻雜的鎢酸鉛單晶的相對介電常數在0～50℃范圍內高達(1.3～1.6)×10⁵，在150℃時增加到3.94×10⁶，有望成為新型高介電系數的儲能材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高儲能純固態超級電容器的制備方法。

本發明的高儲能純固態超級電容器是以具有高介電常數的納米復合陶瓷粉體與耐高壓抗擊穿的高分子材料共混，制備具有較高擊穿電壓和介電常數的電介質層，再通過磁控濺射法在電介質層表面鍍層金屬電極而制得的。

本發明的高儲能純固態超級電容器的制備方法包括以下步驟：

(1)將納米陶瓷粉體用Al₂O₃均勻包覆，制得納米復合陶瓷粉體；

其中，納米陶瓷粉體為具有高介電常數的納米陶瓷晶體粉末，如鈦酸鋇(簡稱BT)晶體粉末、釔離子摻雜的鎢酸鉛(簡稱PWO)晶體粉體等；

(2)將高分子材料經冷凍后研磨成為納米級的粉體顆粒，并與步驟(1)制得的納米復合陶瓷粉體超聲共混，高溫壓制成電介質層；

其中，高分子材料為耐高壓抗擊穿的高分子材料，如聚酰亞胺(簡稱PI)、聚四氟乙烯(簡稱PTFE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(簡稱PET)等；

所述的納米復合陶瓷粉體與高分子材料的質量比控制在50/50～92/8之間；

所述的高溫壓制條件為180℃，100bar；

所述的電介質層厚度為0.05～20μm；

(3)采用磁控濺射法在步驟(2)制得的電介質層兩側鍍層金屬電極，從而制得高儲能純固態超級電容器。

所述的磁控濺射法條件為：真空為3.0×10^-4Pa，工作氣體為氬氣，濺射氣壓為2.0Pa，靶基距為135mm，濺射時間為1～10min；

所述的電極材料為鋁或銀金屬，金屬電極層厚度為0.05～5μm。

本發明在高介電陶瓷粉體表面包裹一層氧化鋁，可以大幅度提高陶瓷材料的擊穿電壓強度，此外與具有較高介電場強的高分子材料共混也可以提高其耐擊穿性能，并且改善陶瓷材料的可加工性。用本發明的工藝方法制備的純固態超級電容器具有較高的儲電能力，穩定性好、安全性高、自放電緩慢、可放大生產。

附圖說明

圖1為高儲能純固態超級電容器的結構示意圖。

其中，1為金屬電極；2為電介質層

具體實施方式

下面以實施例子具體說明與本發明有關的實施方案，僅僅是用來說明本發明的實施方案的有限例子，并不限制本發明的范圍。本發明的全部范圍體現在前面的各項權利要求中。

實施例1

本實施例以釔離子摻雜的鎢酸鉛為高儲能電介質層的主要組成部分，制備具有較高儲電能力的電容器。

將0.120g聚對苯二甲酸乙二醇酯高分子材料冷凍至-150℃，研磨成為納米級的粉體顆粒，與0.120gAl₂O₃均勻包覆的釔離子摻雜鎢酸鉛粉體超聲共混，在180℃，100bar的條件下壓制成電介質層；

將鋁粉在電介質層兩側采用直流磁控濺射成膜。本底真空為3.0×10^-4Pa，工作氣體為氬氣，濺射氣壓為2.0Pa，靶基距為135mm，濺射時間為10min，制得的高儲能純固態超級電容器的各項參數列于表1中。

表1高儲能純固態超級電容器的各項參數

實施例2

本實施例以鈦酸鋇為高儲能純固態超級電容器的主要組成部分，制備具有較高儲電能力的電容器。

將0.028g聚對苯二甲酸乙二醇酯高分子材料冷凍至-150℃，研磨成為納米級的粉體顆粒，與0.520gAl₂O₃均勻包覆的鈦酸鋇粉體超聲共混，在180℃，100bar的條件下壓制成電介質層；