[發明專利]一種具有三維儲能結構的紙基電容器激光雕刻制備方法

在審

• 申請號: 201910838104.2
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110504111A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 姜雪寧;劉岡;羅豪
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/46;H01G11/48;H01G11/56;H01G11/10
• 代理公司: 21208 大連星海專利事務所有限公司
• 代理人: 花向陽;楊翠翠<國際申請>=<國際公布>

1.一種具有三維儲能結構的紙基電容器激光雕刻制備方法，其特征是：具體制備步驟如下：

步驟一、紙質三維導電基片的制備

配制電極材料漿料，采用雙面真空抽濾或浸漬方法，使電極材料漿料滲入多孔柔性紙質基底內部同時附著于表面，然后在25-100℃真空爐中進行干燥處理5-30小時，形成紙質三維導電基片；

步驟二、三維電極陣列的激光雕刻制備

利用電腦軟件設計所需的三維電極陣列構型，在紙質導電基片上進行激光圖案雕刻，激光掃描過程中，激光器功率為1-30瓦，激光掃描速率100-10000毫米/秒，并且在紙質基底上滴加去離子水或蒸餾水以降低溫度；進行反復循環掃描，直到激光掃描位置紙質基體內的電極材料被碳化或氧化除去，而紙質基底得到保留，從而得到三維電極陣列構型；

步驟三、電解質的雙面涂覆以及具有三維儲能結構紙基電容器的形成

配制水凝膠電解質，然后在制備好的三維電極陣列構型正反兩面涂敷水凝膠電解質，促進水凝膠電解質在紙質基底內的滲透，最后在空氣中25-50℃下進行干燥5-30小時，獲得具有三維儲能結構的紙基電容器。

2.根據權利要求1所述的一種具有三維儲能結構的紙基電容器激光雕刻制備方法，其特征是：所述三維電極陣列構型包括叉指型電極結構以及其他異型電極結構，其中異型電極結構包括但不限于S型、L型、A型、H型電極結構，并且由于電極材料滲透在整個紙質基底內部，使得電極具有三維導電特性。

3.根據權利要求1所述的一種三維結構紙基電容器激光雕刻制備方法，其特征是：所述具有三維儲能結構的紙基電容器包括單個具有三維儲能結構的紙基電容器，也包括由多個具有三維儲能結構的紙基電容器構成的串聯結構、并聯結構與串聯-并聯結構。

4.根據權利要求1所述的一種具有三維儲能結構的紙基電容器激光雕刻制備方法，其特征是：所述電極材料的組成為：質量含量為40-95%的碳素材料粉體與過渡金屬氧化物粉體或導電聚合物材料粉體構成的復合電極材料粉體；其中，所述碳素材料粉體為石墨烯、碳納米棒、碳納米管和活性碳中的一種或幾種的混和粉體，過渡金屬氧化物粉體為氧化釩、氧化鈷、氧化錳、氧化鎳或氧化鐵粉體，導電聚合物材料粉體為聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩粉體。

5.根據權利要求1所述的一種具有三維儲能結構的紙基電容器激光雕刻制備方法，其特征是：所述電極材料漿料的配制步驟為：將復合電極材料粉體分散于溶劑中，置于冰浴中超聲振蕩30-90分鐘，然后將分散液置于室溫下靜置5-24小時，最后提取均勻穩定的上清液作為電極材料漿料；其中，溶劑為二甲基甲酰胺、乙醇、二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮、去離子水、異丙醇中的一種或幾種的混合溶劑。

6.根據權利要求1所述的一種具有三維儲能結構的紙基電容器激光雕刻制備方法，其特征是：所述水凝膠電解質的組成為：去離子水、包含羧甲基纖維素、聚乙烯醇或聚氧化乙烯的有機高分子材料與包含磷酸、硫酸、硫酸鈉、氫氧化鉀、硫酸鋰或高氯酸鋰的無機物，所述去離子水：有機高分子材料：無機物的質量比為8-16：1-3：1；將以上配比的混合物在60-100℃水浴中進行磁力攪拌，直至溶液變得澄清透明，得到水凝膠電解質。