復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器，屬于超級電容器技術領域。
【背景技術】
[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，在電動汽車和高性能電源等領域具有廣闊的應用前景。
[0003]隨著便攜式電子器件、體內電子器件、大功率能源轉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能源存儲領域的研究熱點。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)有生產的超級電容器構建中大多采用了液體電解質和隔膜，使超級電容器難以實現(xiàn)全固態(tài)結構，影響了進一步平面化和微型化的進程。
【發(fā)明內容】
[0005]本實用新型目的是為了解決現(xiàn)有超級電容器構建中采用液體電解質和隔膜，不能實現(xiàn)全固態(tài)結構，影響其微型化的問題，提供了一種復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器。
[0006]本實用新型所述復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器，它包括硅襯底、多個電容器單元、凝膠電解質、正極極耳、負極極耳和輔助電極；
[0007]多個電容器單元在硅襯底的上表面呈矩形陣列形式排布，所有電容器單元的擺放方位相一致；電容器單元的行數(shù)和列數(shù)均大于或者等于2 ;
[0008]每個電容器單元由內單電極和外單電極組成，內單電極由實心圓部和引出部組成，外單電極由缺口空心圓部、連接部和列連接部組成，
[0009]實心圓部設置在缺口空心圓部內，且二者呈同心排布，實心圓部與引出部的首端連接，引出部由缺口空心圓部的缺口伸出；缺口空心圓部通過連接部垂直連接列連接部的中點，連接部與引出部位于同一條直線上；引出部的末端垂直連接相鄰下一列電容器單元的相應列連接部的中點；
[0010]輔助電極設置在硅襯底上，輔助電極與列連接部相平行設置，硅襯底上最后一列電容器單元的引出部的末端均連接輔助電極；輔助電極的長度與每一列電容器單元中所有列連接部的長度之和相等；
[0011]所有內單電極、外單電極和輔助電極相互之間設置凝膠電解質；所有內單電極、夕卜單電極和輔助電極的上表面設置銅集流體層；
[0012]正極極耳和負極極耳設置在硅襯底的上表面上，硅襯底上第一列電容器單元的一個外單電極列連接部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極極耳。
[0013]內單電極、外單電極和輔助電極均為石墨烯電極。
[0014]硅襯底的厚度為0.5mm。
[0015]本實用新型的優(yōu)點:本實用新型采用具有二維平面納米結構的石墨烯作電極，電極寬度在微米量級，厚度在納米量級，實現(xiàn)了超級電容器的平面化和微型化。在超級電容器構建中采用凝膠電解質，可以不使用隔膜，實現(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)復合構成，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構和電化學性能。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型所述復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器的結構示意圖；
[0017]圖2是一個電容器單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器，它包括硅襯底1、多個電容器單元2、凝膠電解質3、正極極耳4、負極極耳5和輔助電極6 ;
[0019]多個電容器單元2在硅襯底I的上表面呈矩形陣列形式排布，所有電容器單元2的擺放方位相一致；電容器單元2的行數(shù)和列數(shù)均大于或者等于2 ;
[0020]每個電容器單元2由內單電極和外單電極組成，內單電極由實心圓部2-11和引出部2-12組成，外單電極由缺口空心圓部2-21、連接部2-22和列連接部2_23組成，
[0021]實心圓部2-11設置在缺口空心圓部2-21內，且二者呈同心排布，實心圓部2_11與引出部2-12的首端連接，引出部2-12由缺口空心圓部2-21的缺口伸出；缺口空心圓部2-21通過連接部2-22垂直連接列連接部2-23的中點，連接部2_22與引出部2_12位于同一條直線上；引出部2-12的末端垂直連接相鄰下一列電容器單元2的相應列連接部2-23的中點；
[0022]輔助電極6設置在硅襯底I上，輔助電極6與列連接部2-23相平行設置，硅襯底I上最后一列電容器單元2的引出部2-12的末端均連接輔助電極6 ;輔助電極6的長度與每一列電容器單元2中所有列連接部2-23的長度之和相等；
[0023]所有內單電極、外單電極和輔助電極6相互之間設置凝膠電解質3 ;所有內單電極、外單電極和輔助電極6的上表面設置銅集流體層；
[0024]正極極耳4和負極極耳5設置在硅襯底I的上表面上，硅襯底I上第一列電容器單元2的一個外單電極列連接部2-23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極極耳5。
[0025]本實施方式中的銅集流體層適用于凝膠電解質3，凝膠電解質容易處置、可靠性強，無電解液泄露，適用于制備全固態(tài)超級電容器。銅集流體層厚度約為200nm。凝膠電解質位于兩個相鄰電極之間，厚度約等于相應電極厚度與銅集流體層厚度之和。
[0026]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極極耳上接出正極和負極引線引出。在電極活性物質與凝膠電解質界面上形成擴散雙電層，從而構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兩側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)復合。
[0027]【具體實施方式】二:本實施方式對實施方式一作進一步說明，內單電極、外單電極和輔助電極6均為石墨烯電極。
[0028]石墨稀電極屬于二維電極，石墨稀具有二維平面納米結構。石墨稀電極的厚度約為 0.5nm。
[0029]【具體實施方式】三:本實施方式對實施方式一或二作進一步說明，硅襯底I的厚度為 0.5mmο
[0030]娃襯底I的尺寸可選擇為14.8mm X 11mm。
[0031]本實用新型中，負極極耳的尺寸可選擇為:0.5mm*0.;正極極耳為:0.5mm*0.;石墨稀電極為:10.
[0032]對于每個電容器單元2，其具體尺寸可選擇如下:列連接部2-23長2mm，列連接部2-23至引出部2-12末端的整體長度為2.1mm,連接部2-22長0.1mm,引出部2-12寬0.2mm，引出部2-12處于缺口空心圓部2-21外輪廓以外的長度0.1mm ;缺口空心圓部2_21的外圓半徑0.8mm,內圓半徑0.5mm,實心圓部2-11的半徑0.3mm。
【主權項】
1.一種復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器，其特征在于，它包括硅襯底(I)、多個電容器單元(2)、凝膠電解質(3)、正極極耳(4)、負極極耳(5)和輔助電極(6); 多個電容器單元(2)在硅襯底(I)的上表面呈矩形陣列形式排布，所有電容器單元(2)的擺放方位相一致；電容器單元(2)的行數(shù)和列數(shù)均大于或者等于2 ; 每個電容器單元⑵由內單電極和外單電極組成，內單電極由實心圓部(2-11)和引出部(2-12)組成，外單電極由缺口空心圓部(2-21)、連接部(2-22)和列連接部(2_23)組成，實心圓部(2-11)設置在缺口空心圓部(2-21)內，且二者呈同心排布，實心圓部(2-11)與引出部(2-12)的首端連接，引出部(2-12)由缺口空心圓部(2-21)的缺口伸出；缺口空心圓部(2-21)通過連接部(2-22)垂直連接列連接部(2-23)的中點，連接部(2_22)與引出部(2-12)位于同一條直線上；引出部(2-12)的末端垂直連接相鄰下一列電容器單元(2)的相應列連接部(2-23)的中點； 輔助電極(6)設置在硅襯底(I)上，輔助電極(6)與列連接部(2-23)相平行設置，硅襯底⑴上最后一列電容器單元⑵的引出部(2-12)的末端均連接輔助電極(6);輔助電極(6)的長度與每一列電容器單元(2)中所有列連接部(2-23)的長度之和相等； 所有內單電極、外單電極和輔助電極(6)相互之間設置凝膠電解質(3);所有內單電極、外單電極和輔助電極出)的上表面設置銅集流體層； 正極極耳(4)和負極極耳(5)設置在硅襯底(I)的上表面上，硅襯底(I)上第一列電容器單元(2)的一個外單電極列連接部(2-23)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極極耳(5)。2.根據權利要求1所述的復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器，其特征在于，內單電極、外單電極和輔助電極(6)均為石墨烯電極。3.根據權利要求1或2所述的復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器，其特征在于，硅襯底(I)的厚度為0.5mm。
【專利摘要】復合同心圓型全固態(tài)平面微型超級電容器，屬于超級電容器技術領域。本實用新型是為了解決現(xiàn)有超級電容器構建中采用液體電解質和隔膜，不能實現(xiàn)全固態(tài)結構，影響其微型化的問題。它包括硅襯底、多個電容器單元、凝膠電解質、正極極耳、負極極耳和輔助電極；多個電容器單元在硅襯底的上表面呈矩形陣列形式排布，每個電容器單元由內單電極和外單電極組成，內單電極由實心圓部和引出部組成，外單電極由缺口空心圓部、連接部和列連接部組成，輔助電極設置在硅襯底上，所有內單電極、外單電極和輔助電極相互之間設置凝膠電解質；所有內單電極、外單電極和輔助電極的上表面設置銅集流體層。本實用新型作為一種超級電容器。
【IPC分類】H01G11/26, H01G11/56
【公開號】CN204809044
【申請?zhí)枴緾N201520615233
【發(fā)明人】張光宇, 李闖, 呂胤霖, 陳玉娟, 朱大福, 楊昕瑞, 趙鵬飛, 徐芮, 尹雁, 高敏, 吳淼
【申請人】哈爾濱理工大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月14日