復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器，屬于超級電容器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器是一種介于電池與普通電容之間，兼?zhèn)涠咛攸c(diǎn)的新型儲能器件。它具有能量密度高、充放電速度快、循環(huán)壽命長、使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在電動汽車和高性能電源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]隨著便攜式電子器件、體內(nèi)電子器件、大功率能源轉(zhuǎn)換器件和微電流供電器件的快速發(fā)展，小型化、柔性化、平面化的高性能微型超級電容器成為電化學(xué)能源存儲領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。微型超級電容器能夠解決微型電池功率密度低、電解電容器能量密度低的問題。作為微型能源器件，微型超級電容器能夠與納電子器件直接融合集成，滿足高度集成電子器件發(fā)展的需要。
[0004]現(xiàn)有生產(chǎn)的超級電容器構(gòu)建中大多采用了液體電解質(zhì)和隔膜，使超級電容器難以實(shí)現(xiàn)全固態(tài)結(jié)構(gòu)，影響了進(jìn)一步平面化和微型化的進(jìn)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型目的是為了解決現(xiàn)有超級電容器構(gòu)建中采用液體電解質(zhì)和隔膜，不能實(shí)現(xiàn)全固態(tài)結(jié)構(gòu)，影響其微型化的問題，提供了一種復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器。
[0006]本實(shí)用新型所述復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器，它包括硅襯底、N列電容器單元、凝膠電解質(zhì)、正極極耳、負(fù)極極耳和輔助電極；
[0007]N列電容器單元在硅襯底的上表面按列依次排布，所有電容器單元的擺放方位相一致；N為大于或者等于2的整數(shù)；
[0008]每個電容器單元由外單電極和內(nèi)單電極組成，外單電極由豎直外電極和多個外水平電極組成，內(nèi)單電極由多個內(nèi)水平電極組成，
[0009]多個外水平電極沿豎直外電極的長度方向由首端至末端依次平行均勻排布，外水平電極的首端與豎直外電極垂直連接；每相鄰兩個外水平電極之間相應(yīng)設(shè)置一個內(nèi)水平電極，內(nèi)水平電極的末端垂直連接相鄰下一列電容器單元的豎直外電極；硅襯底上最后一列電容器單元的內(nèi)水平電極的末端垂直連接輔助電極；輔助電極設(shè)置在硅襯底上；
[0010]每個內(nèi)水平電極的首端與豎直外電極的間距、內(nèi)水平電極與相鄰兩個外水平電極的間距、外水平電極的末端與相鄰下列電容器單元的豎直外電極的間距及最后一列外水平電極的末端與輔助電極的間距均相等；
[0011]所有內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極相互之間設(shè)置凝膠電解質(zhì)；所有內(nèi)單電極、夕卜單電極和輔助電極的上表面設(shè)置銅集流體層；
[0012]正極極耳和負(fù)極極耳設(shè)置在硅襯底的上表面上，硅襯底上第一列電容器單元豎直外電極的銅集流體層連接正極極耳，輔助電極的銅集流體層連接負(fù)極極耳。
[0013]內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極均為石墨烯電極，內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極的電極寬度均為0.2mm。
[0014]銅集流體層的厚度為200nm。
[0015]每個內(nèi)水平電極的首端與豎直外電極的間距為0.2_。
[0016]娃襯底的厚度為0.5mm。
[0017]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型采用具有二維平面納米結(jié)構(gòu)的石墨烯作電極，電極寬度在微米量級，厚度在納米量級，實(shí)現(xiàn)了超級電容器的平面化和微型化。在超級電容器構(gòu)建中采用凝膠電解質(zhì)，可以不使用隔膜，實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)超級電容器。整個超級電容器是由多個單元超級電容器串并聯(lián)復(fù)合構(gòu)成，串聯(lián)可以提高分解電壓，并聯(lián)可以增大比電容，通過調(diào)整串聯(lián)和并聯(lián)的周期數(shù)，可以優(yōu)化超級電容器的分解電壓和比電容，從而優(yōu)化了超級電容器的器件結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型所述復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器，它包括硅襯底1、N列電容器單元2、凝膠電解質(zhì)3、正極極耳4、負(fù)極極耳5和輔助電極6 ；
[0020]N列電容器單元2在硅襯底I的上表面按列依次排布，所有電容器單元2的擺放方位相一致；N為大于或者等于2的整數(shù)；
[0021]每個電容器單元2由外單電極和內(nèi)單電極組成，外單電極由豎直外電極2-1和多個外水平電極2-2組成，內(nèi)單電極由多個內(nèi)水平電極2-3組成，
[0022]多個外水平電極2-2沿豎直外電極2-1的長度方向由首端至末端依次平行均勻排布，外水平電極2-2的首端與豎直外電極2-1垂直連接；每相鄰兩個外水平電極2-2之間相應(yīng)設(shè)置一個內(nèi)水平電極2-3，內(nèi)水平電極2-3的末端垂直連接相鄰下一列電容器單元2的豎直外電極2-1 ;硅襯底I上最后一列電容器單元2的內(nèi)水平電極2-3的末端垂直連接輔助電極6 ;輔助電極6設(shè)置在娃襯底I上；
[0023]每個內(nèi)水平電極2-3的首端與豎直外電極2-1的間距、內(nèi)水平電極2-3與相鄰兩個外水平電極2-2的間距、外水平電極2-2的末端與相鄰下列電容器單元2的豎直外電極2-1的間距及最后一列外水平電極2-2的末端與輔助電極6的間距均相等；
[0024]所有內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極6相互之間設(shè)置凝膠電解質(zhì)3 ;所有內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極6的上表面設(shè)置銅集流體層；
[0025]正極極耳4和負(fù)極極耳5設(shè)置在硅襯底I的上表面上，硅襯底I上第一列電容器單元2豎直外電極2-1的銅集流體層連接正極極耳4，輔助電極6的銅集流體層連接負(fù)極極耳5。
[0026]銅集流體層適用于凝膠電解質(zhì)3，凝膠電解質(zhì)容易處置、可靠性強(qiáng)，無電解液泄露，適用于制備全固態(tài)超級電容器。凝膠電解質(zhì)位于兩個相鄰電極之間，厚度約等于電極厚度與銅集流體層厚度之和，任意兩個相鄰電極之間的垂直距離為0.2_。在超級電容器充放電過程中，集流體層起到傳遞電荷的作用，它通過在左右兩端正極和負(fù)極極耳上接出正極和負(fù)極引線引出。電荷在電極活性物質(zhì)與凝膠電解質(zhì)界面上形成擴(kuò)散雙電層，從而構(gòu)成單元超級電容器的單電極電容。一個單元超級電容器可以看作位于凝膠電解質(zhì)兩側(cè)的相鄰兩個單電極電容的串聯(lián)，整個超級電容器可視為多個單元超級電容器的串并聯(lián)復(fù)合。
[0027]娃襯底I的尺寸可選擇為13.8臟X 10.4mm。
[0028]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極6均為石墨烯電極，內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極6的電極寬度均為0.2mm。
[0029]石墨烯電極為二維電極，具有二維平面納米結(jié)構(gòu)。石墨烯電極的厚度約為0.5nm，電極寬度為0.2mm。
[0030]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一或二作進(jìn)一步說明，銅集流體層的厚度為200nm。
[0031]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一、二或三作進(jìn)一步說明，每個內(nèi)水平電極2-3的首端與豎直外電極2-1的間距為0.2mm。
[0032]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一、二、三或四作進(jìn)一步說明，硅襯底I的厚度為0.5mm。
[0033]本實(shí)用新型中正極極耳和負(fù)極極耳的尺寸可選擇為0.5mm*0.
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器，其特征在于，它包括硅襯底(I)、N列電容器單元(2)、凝膠電解質(zhì)(3)、正極極耳(4)、負(fù)極極耳(5)和輔助電極(6); N列電容器單元(2)在硅襯底⑴的上表面按列依次排布，所有電容器單元⑵的擺放方位相一致；N為大于或者等于2的整數(shù)； 每個電容器單元⑵由外單電極和內(nèi)單電極組成，外單電極由豎直外電極(2-1)和多個外水平電極(2-2)組成，內(nèi)單電極由多個內(nèi)水平電極(2-3)組成， 多個外水平電極(2-2)沿豎直外電極(2-1)的長度方向由首端至末端依次平行均勻排布，外水平電極(2-2)的首端與豎直外電極(2-1)垂直連接；每相鄰兩個外水平電極(2-2)之間相應(yīng)設(shè)置一個內(nèi)水平電極(2-3)，內(nèi)水平電極(2-3)的末端垂直連接相鄰下一列電容器單元(2)的豎直外電極(2-1);硅襯底(I)上最后一列電容器單元(2)的內(nèi)水平電極(2-3)的末端垂直連接輔助電極￠);輔助電極(6)設(shè)置在硅襯底(I)上； 每個內(nèi)水平電極(2-3)的首端與豎直外電極(2-1)的間距、內(nèi)水平電極(2-3)與相鄰兩個外水平電極(2-2)的間距、外水平電極(2-2)的末端與相鄰下列電容器單元(2)的豎直外電極(2-1)的間距及最后一列外水平電極(2-2)的末端與輔助電極(6)的間距均相等; 所有內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極(6)相互之間設(shè)置凝膠電解質(zhì)(3);所有內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極出)的上表面設(shè)置銅集流體層； 正極極耳(4)和負(fù)極極耳(5)設(shè)置在硅襯底(I)的上表面上，硅襯底(I)上第一列電容器單元⑵豎直外電極(2-1)的銅集流體層連接正極極耳(4)，輔助電極(6)的銅集流體層連接負(fù)極極耳(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器，其特征在于，內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極(6)均為石墨烯電極，內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極(6)的電極寬度均為0.2mm。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器，其特征在于，銅集流體層的厚度為200nm。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器，其特征在于，每個內(nèi)水平電極(2-3)的首端與豎直外電極(2-1)的間距為0.2mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器，其特征在于，硅襯底⑴的厚度為0.5mm。
【專利摘要】復(fù)合交叉型全固態(tài)平面微型超級電容器，屬于超級電容器技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有超級電容器構(gòu)建中采用液體電解質(zhì)和隔膜，不能實(shí)現(xiàn)全固態(tài)結(jié)構(gòu)，影響其微型化的問題。它包括硅襯底、N列電容器單元、凝膠電解質(zhì)、正極極耳、負(fù)極極耳和輔助電極；N列電容器單元在硅襯底的上表面按列依次排布，每個電容器單元由外單電極和內(nèi)單電極組成，外單電極由豎直外電極和多個外水平電極組成，內(nèi)單電極由多個內(nèi)水平電極組成，輔助電極設(shè)置在硅襯底上；所有內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極相互之間設(shè)置凝膠電解質(zhì)；所有內(nèi)單電極、外單電極和輔助電極的上表面設(shè)置銅集流體層。本實(shí)用新型作為一種超級電容器。
【IPC分類】H01G11/56, H01G11/10, H01G11/26, H01G11/36
【公開號】CN204792456
【申請?zhí)枴緾N201520615232
【發(fā)明人】張光宇, 徐芮, 趙鵬飛, 尹雁, 高敏, 李闖, 陳玉娟, 朱大福, 楊昕瑞, 呂胤霖, 吳淼
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月14日