[發明專利]一種同一基底上任意形狀堆疊型超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201611057486.8
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN108122682B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 吳忠帥;包信和;鄭雙好;王森;孫承林
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01G11/12
• 分類號: H01G11/12;H01G11/84
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發明公布了一種同一基底上任意形狀堆疊型超級電容器及其制備方法，該電容器為在一基底上，依次集成第一層電極薄膜/第二層隔膜/第三層電極薄膜/固體電解液的任意形狀堆疊型超級電容器。其制備方法為在同一基底上噴涂制造具有任意形狀的下電極薄膜層，然后在下電極薄膜上噴涂制造氧化石墨烯隔膜層，再在隔膜層上制造上電極薄膜層，得到具有堆疊結構的超級電容器。本發明所制造的任意形狀堆疊型超級電容器能實現形狀可控和大規模生產，能夠有效與不同種類柔性化、便攜化、可穿戴電子器件兼容集成，具有廣泛的市場應用前景。

技術領域

本發明屬超級電容器的制造領域，具體涉及一種同一基底上任意形狀堆疊型超級電容器及其制備方法。

背景技術

傳統堆疊型超級電容器由集流體(基底)/正極/隔膜/負極/集流體(基底)的形式堆疊構成。這種結構形式的堆疊型超級電容器制造耗時長，過程復雜且其結構形式涉及到兩個基底；集流體和電極材料未能融于一體，導致傳統堆疊型超級電容器的體積大，不利于其在小型化集成電路中的應用。

隨著輕、薄、可彎曲的形狀多樣的電子設備的快速發展，極大地刺激了人們對新型儲能器件的需求。目前的儲能器件，例如鋰電電池和超級電容器，形狀固定，體積大，質量重，很難滿足柔性電子設備的要求。此外，由于結構設計和性能的限制，例如需要聚合物粘結劑和額外的導電劑以及厚的隔膜，傳統的電源并不能做到形狀可控的柔性儲能器件。

為了克服上述困難，近年來，平面交叉指型的石墨烯基儲能器件引起了廣泛的關注，并被認為有望在微型的電子芯片上應用。這種平面結構使得電極、隔膜、電解液和集流體集成到同一個基底上，有利于各組件的組合，儲能器件的形狀設計。雖然利用多種技術，例如打印、光刻顯影、激光刻蝕，能制造出形狀多樣的平面型超級電容器，但是并不能實現任意形狀超級電容器的制造。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于采用噴涂的方法在同一個基底上制造任意形狀具有堆疊結構的超級電容器，制造過程簡單，成本低，具有廣泛的市場應用前景。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種同一基底上任意形狀堆疊型超級電容器，該電容器為在一基底上，依次堆疊第一層電極薄膜/第二層隔膜/第三層電極薄膜/固體電解液的任意形狀堆疊型超級電容器；

所述第一層電極薄膜、第三級電極薄膜材料為：石墨烯或石墨烯復合材料；

所述隔膜為氧化石墨烯；

所述固體電解液為電解液為聚乙烯醇/硫酸(PVA/H₂SO₄)、聚乙烯醇/硫酸鈉(PVA/Na₂SO₄)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽/二氧化硅固體電解液中的一種。

所述的基底包括聚對苯二甲酸乙二醇酯基底(PET)、聚醚酰亞胺(PEI)、硅片、玻璃、紙或木板等任何絕緣平面基底。

所述電極薄膜的厚度為0.1-5μm，隔膜的厚度為1-3μm。

本發明中所述的第一層電極材料和第三層電極材料薄膜電極可以為相同的電極材料，也可以為不同的電極材料。

本發明中所述的第一層電極材料和第三層電極材料為相同的電極材料，超級電容器為對稱超級電容器；第一層電極材料和第三層電極材料為不同的電極材料，超級電容器為非對稱超級電容器。

本發明中所述的一定形狀可以是任意的形狀，指的是不受器件大小、構型、維數的限制；

本發明中所述的兩電極材料、隔膜、電解液、集流體都集成在同一個基底上。

一種同一基底上任意形狀堆疊型超級電容器的制備方法，具體為包括以下步驟：