[發明專利]一種噴墨打印制備出的堆疊型超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201611061170.6
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN108122685B
• 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: H01G11/36
• 分類號: H01G11/36;H01G11/52;H01G11/56;H01G11/26;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

本發明公布了一種噴墨打印制備出的堆疊型超級電容器及其制備方法，該電容器為堆疊型超級電容器，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；其制備方法包括以下步驟：(1)噴墨打印電極漿料的制備，(2)氧化石墨烯隔膜漿料的制備，(3)堆疊型超級電容器的制備。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技術領域，具體涉及一種噴墨打印制備出的堆疊型超級電容器及其制備方法。

背景技術

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。

本發明公布了在同一基底上制造任意形狀堆疊型超級電容器的方法，通過采用噴墨打印的方法在同一個基底上制造任意形狀堆疊結構的超級電容器。具體為電極材料即作為集流體又作為活性物質，通過在一基底上打印電極材料漿料具有一定圖案形狀的第一層電極薄膜層，再在第一層電極上打印出相同圖案的第二層氧化石墨烯隔膜層，其作為離子導電和電子絕緣的隔膜，通過打印實現隔膜與電極一體化，從而可以實現任意形狀超級電容器的制造；然后在隔膜層上打印與第一層電極相同形狀且對稱的第三層電極。再注入固體凝膠電解液，封裝，得到任意形狀堆疊型超級電容器。

發明內容

本發明的目的在于采用噴墨打印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。

一種噴墨打印制備出的堆疊型超級電容器，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；

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。

所述基底包括聚對苯二甲酸乙二醇酯基底(PET)、聚醚酰亞胺(PEI)、紙張及其他絕緣平面基底。

所述電極薄膜的厚度為0.5-100μm，優選范圍為1-10μm；隔膜的厚度為0.1-10μm，優選為2-5μm。

一種噴墨打印制備出的堆疊型超級電容器的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)噴墨打印電極漿料的制備

將石墨烯分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，再3000rpm離心30min，取上清液；向得到的上清液中，加入松油醇，上清液和松油醇的體積比為5-20，再旋轉減壓蒸發DMF；所得到的石墨烯/松油醇按體積比為3:1加入乙醇，得到可以噴墨打印的電極漿料；所述的石墨烯電極漿料濃度為0.1-5mg mL^-1；

(2)氧化石墨烯隔膜漿料的制備