[發明專利]非對稱微型鋰離子電容及其制作方法

在審

• 申請號: 201510058696.8
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104658762A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 王曉紅;李四維
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01G11/06
• 分類號: H01G11/06;H01G11/50;H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

1.非對稱微型鋰離子電容，它的結構如下：在器件襯底(1)上方設置正極復合層和負極復合層，正極復合層和負極復合層在水平方向上呈間隔排列，正極復合層和負極復合層之間為器件隔膜(2)；

所述正極復合層由金屬電流收集層和引出層(3)和正電極(4)依次安裝在器件襯底(1)上構成；

所述負極復合層由金屬電流收集層和引出層(3)和負電極(5)依次安裝在器件襯底(1)上構成；

正負電極分別由正極復合電極材料和負極復合電極材料形成插指型電極結構；

其特征在于，所述器件兩電極采用基于不同機理的電極材料，形成的非對稱微型鋰離子電容儲能器件；其中正極電極材料為雙電層電極材料，負極電極材料為鋰離子電池陽極材料，在鋰離子電池電解液中均保持各自的充放電特性。

2.一種權利要求1所述的非對稱微型鋰離子電容的制作方法，其特征在于，加工步驟如下：

1)在器件襯底上濺射厚度為50-250nm的金屬電流收集層和引出層；

2)通過微加工技術的光刻工藝，以厚光刻膠或其他絕緣聚合物在襯底上形成高深寬比三維結構，結構本身作為器件隔膜，所形成溝道用于微電極成型；

3)正極溝槽中填充正極復合電極材料的懸濁液，并在50～100℃下烘干形成三維固態電極，作為非對稱微型鋰離子電容正極；

4)負極溝槽中填充負極復合電極材料的懸濁液，并在50～100℃下烘干形成三維固態電極，作為非對稱微型鋰離子電容負極；

5)器件采用鋰離子電池電解液，在該電解液中，以成型的單元負極與金屬鋰片組成雙電極系統，通過對單元負極進行小電流(<150mA/g)緩慢充放電，進行預鋰化過程；

6)滴加鋰離子電池電解液，完成單元分裝。

3.根據權利要求2所述的非對稱微型鋰離子電容的制作方法，其特征在于，步驟2)中所述的微加工工藝中，通過光刻技術控制兩個電極的尺寸與比例關系。

4.根據權利要求2所述的非對稱微型鋰離子電容的制作方法，其特征在于，步驟2)中所述的高深寬比三維結構中，器件隔膜高度為50-250μm，寬度為20-100μm，所形成的溝道寬度為50-300μm。

5.根據權利要求2所述的非對稱微型鋰離子電容的制作方法，其特征在于，步驟3)和4)中所述復合電極材料的懸濁液由70-95wt％的活性材料，3-20wt％的導電增強劑，2-10wt％的粘結劑混合并均勻分散于溶劑中形成，隔膜輔助下在溝道中流動，正負電極中不同材料分開填充，去除溶劑形成三維固態電極。

6.根據權利要求5所述的非對稱微型鋰離子電容的制作方法，其特征在于，所述的正極電極活性材料選自納米多孔碳材料，導電增強劑選自導電石墨、乙炔炭黑或碳納米管，粘結劑選自CMC、PTFE或PVDF。

7.根據權利要求5所述的非對稱微型鋰離子電容的制作方法，其特征在于，所述的負極電極活性材料選自石墨、鈦酸鋰，導電增強劑選自乙炔炭黑，粘結劑選自CMC、PTFE或PVDF。

8.根據權利要求2所述的非對稱微型鋰離子電容的制作方法，其特征在于，步驟5)中所述的預鋰化過程，是采用電化學過程，對鋰離子電池電極進行預充電，將鋰離子預嵌入該電極。