利用自生长法制备微型超级电容器的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用自生长法制备微型超级电容器的方法，通过图形化金属催化剂，在特定的溶液中原位催化自生长制备电极材料，经过后续的封装工艺之后能够得到一种性能优异，且能够保持性能稳定性的储能器件。本发明专利技术制备简单、条件温和、工艺参数简单、成本低廉。这种自生长法制备的高性能超级电容器符合了未来微电子器件的发展趋势，能够广泛应用于微型储能器件、传感器和柔性电子器件等技术领域，具有非常可观的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微储能器件的制备方法，特别是涉及一种微型超级电容器的制备方法，应用于超级电容器制备

技术介绍
超级电容器是一种基于电化学原理的电容器，在快速充放电和储存电能的能力方面介于传统物理电容器和化学电池之间，已逐渐成为一种强大的候选，并已部分实际应用为高效的、高负载的电化学储能、传递能量的设备。而随着社会的发展，人们对于能源器件的需求越来越多，对其性能的要求也越来越高。二次可循环、微小型化以及能量密度、功率密度高的能源设备越来越受到人们青睐。目前较为流行的便携式、穿戴式的电子器件，由于其特殊的用途及需求，对其配套的储能器件提出了要求：可弯折、续航能力强。因此，具有高能量密度的微储能超级电容器成为了广大公司、研究机构竞相开发的产品。根据全世界研究者们达成的共识，这一类微储能器件的生产制造必须与当前已成熟的技术相兼容，以实现大规模量产。通常来讲，微加工、PVD和CVD等相关技术，能够方便快捷地实现平面结构的储能器件。但现有技术制备的微型超级电容器的工艺较为复杂，制造成本高，不利于大规模生产和应用。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用自生长法制备微型超级电容器的方法，制备出一种性能优异、价格低廉、能够应用到可穿戴式电子器件上的高性能微储能超级电容器，便于大规模量产和推广应用。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案：一种利用自生长法制备微型超级电容器的方法，包括如下步骤：a.采用模板法或微加工工艺图形化方法，首先在基底材料上制备一层具有设定图案的金属催化剂层，该层又作为电容器中的集电极层；电极催化层的材料优选采用金属Pt、Ag、Cu、Ni、Co、Mn、Fe中的任意一种材料或任意几种材料的合金；优选利用模板法、lift-off或刻蚀方法实现图形化；金属催化层的制备方法优选采用磁控溅射、蒸发等物理气相沉积方法，化学气相沉积法或溶液法；基底优选采用刚性材料或柔性材料；基底进一步优选采用玻璃、硅或对苯二甲酸乙二醇酯制成；b.采用离子溶液作为溶液反应体系，在所述步骤a中制备的金属催化层的浸入溶液反应体系，然后使溶液反应体系在25～95℃下进行1～30小时的化学反应，在金属催化层上原位生成电极材料层，使所制备的电极材料层与基底材料层紧密结合在一起，即在基底材料上制备一层具有设定图案的集电极和电极材料复合层；采用离子溶液作为溶液反应体系，在所述步骤a中制备的金属催化层的浸入溶液反应体系，然后优选使溶液反应体系在55～85℃下进行4～12小时的化学反应；电极材料优选采用金属氧化物、聚合物和碳材料中的任意一种材料或任意几种材料的复合材料制成；c.在所述步骤b中制备的集电极和电极材料复合层上，涂敷固态或液态电解质填满电极材料层的空隙，然后进行封装，制成微型超级电容器。液体电解质优选采用水溶液或非水溶液。液体电解质更优选采用离子液体。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术结合一系列微加工技术与原位催化自生长技术，为微储能超级电容器的大规模量产，提供了一种新颖的思路，适应未来储能器件微型化的发展趋势，具有很好的应用前景；2.本专利技术可实现大规模量产的自生长超级电容器，所制备的自生长超级电容器能够有效地应用在可携带式电子器件上；3.本专利技术制备方法简单，所用的原料更环保、成本低，所用的设备简单，能够与当今已成熟的技术相兼容，有利于在可携带式电子器件中大规模应用。具体实施方式本专利技术的优选实施例详述如下：实施例一：在本实施例中，一种利用自生长法制备微型超级电容器的方法，包括如下步骤：ⅰ.将设定厚度的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的薄膜裁剪成合适的尺寸，洗净表面，表面刻蚀处理后，采用图形化方法，贴上事先加工好的具有设定镂空图案的模板，采用磁控溅射法制备10～20nm厚的铂金属薄膜，然后拿掉模板，即可在PET基底上制备一层叉指形的铂电极层，记为PET@Pt；ⅱ.采用由MnSO4、(NH4)2S2O8、Na2SO4成的水溶液离子溶液作为溶液反应体系，控制溶液中Mn2+、S2O82-、SO42-的离子浓度在0.1mol/L。将所述步骤ⅰ中制备得到的PET@Pt样品置于溶液反应体系中，然后使溶液反应体系在85℃下进行4小时的化学反应，溶液反应体系反应后的产物为图案化的电极活性复合层，反应结束后取出样品，裁剪成单个产品，记为PET@Pt@MnO2；iii.采用PVA/H3PO4胶体为固态电解质，涂敷在所述步骤ⅱ中制备得到的PET@Pt@MnO2样品表面，然后进行封装，制成全固态柔性的微型超级电容器。本实施例以合适的材料作为基底，合适的图形化方法，在上面制备一层具有一定图形的金属催化剂电极。利用原位催化原理，通过溶液法原位催化反应，在上述图形电极上生长上电极活性材料。加入适当的电解质后进行封装，制成自生长超级电容器。本实施例采用的图形化方法包括所有能实现微小区域图形化的工艺。本实施例金属催化剂层适用于液相自生长反应，生成超级电容器电极材料的金属Pt，产物Pt与金属图形之间连接性好。本实施例通过自生长法制备高性能超级电容器，通过图形化金属催化剂，在特定的溶液中原位催化自生长制备电极材料层，经过后续的封装工艺之后能够得到一种性能优异，且能够保持性能稳定性的储能器件。本专利技术制备简单、条件温和、工艺参数简单、成本低廉。这种自生长法制备的高性能超级电容器符合了未来微电子器件的发展趋势，能够广泛应用于微型储能器件、传感器和柔性电子器件等
，具有非常可观的应用前景。实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：在本实施例中，一种利用自生长法制备微型超级电容器的方法，包括如下步骤：ⅰ.本步骤与实施例一相同；ⅱ.采用由MnSO4、(NH4)2S2O8、Na2SO4成的水溶液离子溶液作为溶液反应体系，控制溶液中Mn2+、S2O82-、SO42-的离子浓度在0.1mol/L。将所述步骤ⅰ中制备得到的PET@Pt样品置于溶液反应体系中，然后使溶液反应体系在55℃下进行12小时的化学反应，溶液反应体系反应后的产物为图案化的电极活性复合层，反应结束后取出样品，裁剪成单个产品，记为PET@Pt@MnO2。iii.采用1mol/L的Na2SO4水溶液为液态电解质，涂敷在所述步骤ⅱ中制备得到的PET@Pt@MnO2样品表面，然后进行封装，制成半固态柔性的微型超级电容器。本实施例以合适的材料作为基底，合适的图形化方法，利用原位催化反应，采用图形催化剂催化，使金属图形电极上原位自生长，形成储能材料的电极材料层。本实施例制备方法简单，条件温和，工艺参数简单，成本低廉。上面对本专利技术实施例进行了说明，但本专利技术不限于上述实施例，还可以根据本专利技术的专利技术创造的目的做出多种变化，凡依据本专利技术技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本专利技术的专利技术目的，只要不背离本专利技术利用自生长法制备微型超级电容器的方法的技术原理和专利技术构思，都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自生长法制备微型超级电容器的方法，其特征在于，包括如下步骤：a. 采用模板法或微加工工艺图形化方法，首先在基底材料上制备一层具有设定图案的金属催化剂层，该层又作为电容器中的集电极层；b. 采用离子溶液作为溶液反应体系，在所述步骤a中制备的金属催化层的浸入溶液反应体系，然后使溶液反应体系在25～95℃下进行1～30小时的化学反应，在金属催化层上原位生成电极材料层，使所制备的电极材料层与基底材料层紧密结合在一起，即在基底材料上制备一层具有设定图案的集电极和电极材料复合层；c. 在所述步骤b中制备的集电极和电极材料复合层上，涂敷固态或液态电解质填满电极材料层的空隙，然后进行封装，制成微型超级电容器。

【技术特征摘要】
1.一种自生长法制备微型超级电容器的方法，其特征在于，包括如下步骤：a.采用模板法或微加工工艺图形化方法，首先在基底材料上制备一层具有设定图案的金属催化剂层，该层又作为电容器中的集电极层；b.采用离子溶液作为溶液反应体系，在所述步骤a中制备的金属催化层的浸入溶液反应体系，然后使溶液反应体系在25～95℃下进行1～30小时的化学反应，在金属催化层上原位生成电极材料层，使所制备的电极材料层与基底材料层紧密结合在一起，即在基底材料上制备一层具有设定图案的集电极和电极材料复合层；c.在所述步骤b中制备的集电极和电极材料复合层上，涂敷固态或液态电解质填满电极材料层的空隙，然后进行封装，制成微型超级电容器。2.根据权利要求1所述自生长法制备微型超级电容器的方法，其特征在于：在所述步骤b中，采用离子溶液作为溶液反应体系，在所述步骤a中制备的金属催化层的浸入溶液反应体系，然后使溶液反应体系在55～85℃下进行4～12小时的化学反应。3.根据权利要求1或2所述自生长法制备微型超级电容器的方法，其特征在于：在所述步骤a中，电极催化层的材料为金属Pt、Ag、Cu、Ni、Co、Mn、Fe中的任意一种材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾志刚，龙啸，郭二娟，石晓波，周海军，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31