[發明專利]一種全固態電儲能器件的制備方法

無效

• 申請號: 201210395583.3
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102930980A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 胡瀟文;吳杰;何敏;楊海軍;劉必前
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;劉必前
• 主分類號: H01G4/00
• 分類號: H01G4/00;H01G4/002
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種全固態電儲能器件的制備方法。

背景技術

隨著近年來微電子技術的飛速發展和便攜式電子產品的大量普及，儲能材料如電池和電容器的需求與日俱增。同時，電子產品的日益小型化、輕量化及功能集成化對儲能材料的性能也提出了越來越高的應用要求。在強大的社會發展需求推動下，各國都制定了能源科技發展戰略，大力開發新型儲能設備，基于新構思、新材新技術的新體系不斷涌現。因此，開發一種既有較高的能量密度，又具有大的功率密度的儲能器件對于儲能具有重要的意義，有助于提高能源的利用效率。專利(申請號：201210376840.9)發明了一種全固態電儲能器件，具有功率密度高、充電時間短、能量密度大、充放電循環壽命長等優點，它能有效的解決目前兩種主要的儲能材料的缺點，即超級電容器能量密度過低、電池功率密度過低的問題。

材料的純度會影響這種器件工作特性和穩定性，尤其對于正電荷存儲材料、電子存儲材料。材料中的雜質很容易形成陷阱態，進而形成內部的電場阻擋后續電荷的注入與遷移。目前常用的提純方法很多，如色譜法、真空生化法、區域提純法等等。提高純度固然能改善器件的性能，但材料自身的性能對器件性能的影響仍然是至關重要的。由于有機半導體中并沒有延續的能帶，只有去定域化(delocalized)的π電子，雖然相對比較自由，但也只被局限在分子之內。在電場的驅動下，電子在被激發或被注入至分子的LUMO能階后，經由跳躍至另一分子的LUMO能階來達到電荷在材料中遷移的目的。由此，可以通過在電荷存儲材料中摻入一些材料，用以提高電荷在其中的遷移能力，其結果勢必能有效的提高器件的工作性能。

發明內容

本發明旨在制備具有優異充放電性能和穩定性的全固態電儲能器件。本發明將通用的正電荷存儲材料摻雜氧化劑。由于這些氧化劑可以造成p型摻雜效果，使得能帶彎曲(band?bending)，電荷在材料中遷移的難度降低，因此能提高器件的工作性能，進一步拓展這種儲能器件在能源存儲方面的應用。

本發明的全固態電儲能器件主要由電極、電荷存儲材料、絕緣材料組成。其中電荷存儲材料用絕緣材料隔開，形成電荷存儲材料/絕緣材料/電荷存儲材料的夾心結構。

本發明中一種制備全固態電儲能器件的方法，包括以下步驟：

(1)制備負極。電極為金屬鋁或其合金；金屬銅或其合金；

(2)制備電子存儲材料。在步驟(1)制得的電極表面，采用真空蒸鍍技術制備一層厚度為50nm～5μm的聯苯醌、噻咯中的一種或幾種的混合物；

(3)制備絕緣材料。在步驟(2)制得的電子存儲材料層表面旋涂一層厚度100nm～5μm的二氧化硅和聚酰亞胺中的一種或兩種的混合物；

(4)制備正電荷存儲材料。在步驟(3)制得的絕緣材料層表面旋涂一層復合物，旋涂所用復合物溶液為二胺聯苯(NPB)及其衍生物、三芳胺(TPD)及其衍生物、分子量為300～100000聚酚噻嗪類、聚對苯撐乙烯類、聚乙烯咔唑類聚合物中的一種或幾種與摻雜劑一定配比組成的溶液；

所述摻雜劑為SbCl₅、I₂、FeCl₃、2，3，5，6-四氟-7，7′，8，8′-四氰二甲基對苯醌(F4-TCNQ)以及三(4-溴苯基)六氯銻酸銨(TBAHA)一種或幾種的混合物；

所述摻雜劑占復合物總物質的量百分比為0.02％～50％；

所述的溶劑為氯仿、二氯甲烷、溴乙烷、甲苯、己烷中的一種或幾種的混合物；

所述復合物溶液的質量百分比濃度為1～20％；

所述的正電荷存儲材料層厚度為200nm～15μm；

(5)制備正極。在步驟(4)制得的器件經干燥固化后，在正電荷存儲材料層表面真空蒸鍍一層100nm厚的金屬鋁或金屬銅，即得到本發明所述的全固態電儲能器件。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

(1)正電荷在經過摻雜的正電荷存儲材料中具有較高的遷移速率，有利于提高充電時間和放電穩定性；

(2)經過摻雜的正電荷存儲材料可以有效降低充/放電過程中的內電阻，減少能量損耗，提高能量利用效率和器件的熱穩定性；

(3)摻雜后材料內阻降低，放電過程中釋放的熱能減少，因而正電荷存儲材料層可以適當增厚(可以達到15μm)，從而降低制備工藝難度，同時提高儲能容量。

具體實施方式

實施例1