一种超级电容电池及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种超级电容电池及其制造方法,涉及电容器领域。包括：若干阴极，每个阴极包括第一衬底，在第一衬底的上形成的若干第一梳齿，若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，以及覆盖每个第一梳齿的表面和第一衬底的表面的石墨烯层；若干阳极包括主体部分以及与主体部分垂直连接的若干第二梳齿，在每个第二梳齿外端面上形成有隔离膜，阳极和阴极交替排列，且相邻的阳极的梳齿和阴极的梳齿相互交叉并彼此之间有空隙；阴极和阳极放置于密封盒中；电解质溶液填充于密封盒以及空隙中。本发明专利技术的超级电容电池的阴极和阳极为相互交叉的梳齿状结构，使得阴极和阳极之间的距离降低，石墨烯层沉积在具有梳齿状的衬底上用于阴极的功能，提高了电容密度。

Super capacitor battery and manufacturing method thereof

The invention provides a super capacitor battery and a manufacturing method thereof, relating to the capacitor field. Which comprises a plurality of cathode, each cathode includes a first substrate, a plurality of first teeth formed on the first substrate, a plurality of first comb along the same direction as the first intervals and the surface coverage of each of the first surface of the first substrate and comb the graphene layer; some anode comprises a main body part and the main part of the vertical connection some second teeth with insulating film formed on each of the second teeth on the outer surface, an anode and a cathode arranged alternately, and comb and comb teeth adjacent to the cathode anode and cross the gap between each other; the cathode and the anode is placed in a sealed box; the electrolyte solution filled in the sealing box and the gap. Super capacitor battery of the invention of the cathode and anode for comb structure cross each other, the distance between the cathode and the anode reduced graphene layer deposition for cathode function in the substrate with a comb shaped, improves the density of capacitance.

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容电池及其制造方法
本专利技术涉及电容器领域，具体而言涉及一种超级电容电池及其制造方法。
技术介绍
超级电容电池是一种新型储能装置，它具有充电时间短、比功率较高、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，其应用广泛，尤其是在能源储备，重工业领域中显示出巨大的应用前景。近年来，超级电容电池已经引起全世界科研工作者的关注和研究。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。鉴于石墨烯的优越性能，有必要提出一种新的超级电容电池及其制造方法，以将石墨烯应用于超级电容电池提高电池的性能。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。针对现有技术的不足，本专利技术实施例一提供一种超级电容电池，包括：若干阴极，每个所述阴极包括第一衬底，在所述第一衬底的第一表面上形成的与所述第一表面垂直的若干第一梳齿，所述若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，以及覆盖每个所述第一梳齿的表面和所述第一衬底的所述第一表面的石墨烯层；若干阳极，所述阳极包括主体部分以及与所述主体部分的第一侧面垂直连接的若干第二梳齿，所述第二梳齿沿同一方向以第二间隔排列，在每个所述第二梳齿外端面上形成有隔离膜，其中，所述阳极和所述阴极交替排列，且相邻的所述阳极的梳齿和所述阴极的梳齿相互交叉并彼此之间有空隙；密封盒，所述阴极和所述阳极放置于所述密封盒中；电解质溶液，填充于所述密封盒以及所述空隙中。进一步地，在每个所述第一衬底的与所述第一表面相对的第二表面上形成有若干第三梳齿，所述若干第三梳齿与所述第二表面垂直，所述第三梳齿具有与所述第一梳齿相同的排列方向，且在每个所述第三梳齿的表面和所述第一衬底的所述第二表面上覆盖有石墨烯层。进一步地，所述若干第三梳齿与所述若干第一梳齿具有相同的数目且一一对应。进一步地，在每个所述阳极的所述主体部分的第二侧面上形成有若干所述第四梳齿，其中，所述第二侧面与所述第一侧面相对，所述第四梳齿具有与所述第二梳齿相同的排列方向，在所述第四梳齿外端面上形成有所述隔离膜。进一步地，所述若干第四梳齿与所述若干第二梳齿具有相同的数目且一一对应。进一步地，所述第一梳齿的宽度小于所述第二间隔，所述第二梳齿的宽度小于所述第一间隔。进一步地，所述第一衬底、所述第一梳齿和所述第三梳齿的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。进一步地，所述石墨烯层为多层石墨烯，或者，所述石墨烯层包括石墨烯和石墨的混合物。进一步地，所述电解质溶液包括咪唑-Al2Cl7和/或吡啶-Al2Cl7。进一步地，所述阳极的材料为金属材料。进一步地，所述金属材料包括铝。本专利技术实施例二提供一种超级电容电池的制造方法，包括：步骤A1：制备若干阴极和若干阳极，其中，制备每个所述阴极的方法包括步骤：步骤S11：提供第一衬底，在所述第一衬底的第一表面上形成与所述第一表面垂直的若干第一梳齿，所述若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，步骤S12：形成覆盖每个所述第一梳齿的表面和所述第一衬底的所述第一表面的石墨烯层，制备每个所述阳极的方法包括以下步骤：步骤S21：提供第二衬底，在所述第二衬底的正面形成图案化的隔离膜，步骤S22：刻蚀暴露的部分所述第二衬底，以形成所述阳极的主体部分以及与所述主体部分的垂直连接的若干第二梳齿，所述第二梳齿沿同一方向以第二间隔排列；步骤A2：提供密封盒，将所述阴极和所述阳极放置于所述密封盒中，且使所述阳极的梳齿和所述阴极的梳齿相互交叉，且在彼此之间有空隙；步骤A3：采用电解质溶液填充所述密封盒以及所述空隙。进一步地，在所述步骤S11中，形成所述第一梳齿的步骤包括：S111：提供所述第一衬底，在所述第一衬底的正面形成第一硬掩膜层；S112：图案化所述第一硬掩膜层，以在所述第一硬掩膜层中形成若干第一开口；S113：在所述若干第一开口中填充第一梳齿材料层，以形成所述第一梳齿；S114：去除所述第一硬掩膜层。进一步地，在所述步骤S111中，还包括在所述第一衬底的背面形成第二硬掩膜层的步骤，且在所述步骤114之后，还包括步骤：刻蚀所述第二硬掩膜层，以在所述第二硬掩膜层中形成若干第二开口，在所述若干第二开口中填充第三梳齿材料层，以形成所述第三梳齿，去除所述第二硬掩膜层。进一步地，在所述步骤S12中，还包括在所述第三梳齿的表面和所述第一衬底的背面形成所述石墨烯层的步骤。进一步地，所述石墨烯层为多层石墨烯，或者，所述石墨烯层包括石墨烯和石墨的混合物。进一步地，所述若干第三梳齿与所述若干第一梳齿具有相同的数目且一一对应。进一步地，所述第一衬底、所述第一梳齿和所述第三梳齿的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。进一步地，形成每个所述阳极的方法在所述步骤S22之后还包括以下步骤：步骤S23：在所述第二衬底的背面形成图案化的所述隔离膜；步骤S24：从所述第二衬底的背面刻蚀暴露的所述第二衬底直到部分深度，形成与所述阳极的主体部分垂直的第四梳齿。进一步地，所述若干第四梳齿与所述若干第二梳齿具有相同的数目且一一对应。本专利技术的实施例中的超级电容电池的阴极和阳极为相互交叉的梳齿状结构，使得阴极和阳极之间的距离显著降低，石墨烯层沉积在具有梳齿状的衬底上用于阴极的功能，提高了电容密度，因此本专利技术的实施例中的超级电容电池具有优异的性能。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。附图中：图1示出了本专利技术的一具体实施方式的超级电容电池的结构的俯视图；图2A-2I示出了本专利技术一具体实施方式的超级电容电池的阴极的制造方法依次实施所获得结构的剖视图；图3A-3E示出了本专利技术一具体实施方式的超级电容电池的阴极的制造方法依次实施所获得结构的剖视图；图4为本专利技术一具体实施方式的超级电容电池的制造方法的流程图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本专利技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本专利技术的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容电池，其特征在于，包括：若干阴极，每个所述阴极包括第一衬底，在所述第一衬底的第一表面上形成的与所述第一表面垂直的若干第一梳齿，所述若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，以及覆盖每个所述第一梳齿的表面和所述第一衬底的所述第一表面的石墨烯层；若干阳极，所述阳极包括主体部分以及与所述主体部分的第一侧面垂直连接的若干第二梳齿，所述第二梳齿沿同一方向以第二间隔排列，在每个所述第二梳齿外端面上形成有隔离膜，其中，所述阳极和所述阴极交替排列，且相邻的所述阳极的梳齿和所述阴极的梳齿相互交叉并彼此之间有空隙；密封盒，所述阴极和所述阳极放置于所述密封盒中；电解质溶液，填充于所述密封盒以及所述空隙中。

【技术特征摘要】
1.一种超级电容电池，其特征在于，包括：若干阴极，每个所述阴极包括第一衬底，在所述第一衬底的第一表面上形成的与所述第一表面垂直的若干第一梳齿，所述若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，以及覆盖每个所述第一梳齿的表面和所述第一衬底的所述第一表面的石墨烯层；若干阳极，所述阳极包括主体部分以及与所述主体部分的第一侧面垂直连接的若干第二梳齿，所述第二梳齿沿同一方向以第二间隔排列，在每个所述第二梳齿外端面上形成有隔离膜，其中，所述阳极和所述阴极交替排列，且相邻的所述阳极的梳齿和所述阴极的梳齿相互交叉并彼此之间有空隙；密封盒，所述阴极和所述阳极放置于所述密封盒中；电解质溶液，填充于所述密封盒以及所述空隙中。2.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，在每个所述第一衬底的与所述第一表面相对的第二表面上形成有若干第三梳齿，所述若干第三梳齿与所述第二表面垂直，所述第三梳齿具有与所述第一梳齿相同的排列方向，且在每个所述第三梳齿的表面和所述第一衬底的所述第二表面上覆盖有石墨烯层。3.根据权利要求2所述的超级电容电池，其特征在于，所述若干第三梳齿与所述若干第一梳齿具有相同的数目且一一对应。4.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，在每个所述阳极的所述主体部分的第二侧面上形成有若干所述第四梳齿，其中，所述第二侧面与所述第一侧面相对，所述第四梳齿具有与所述第二梳齿相同的排列方向，在所述第四梳齿外端面上形成有所述隔离膜。5.根据权利要求4所述的超级电容电池，其特征在于，所述若干第四梳齿与所述若干第二梳齿具有相同的数目且一一对应。6.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，所述第一梳齿的宽度小于所述第二间隔，所述第二梳齿的宽度小于所述第一间隔。7.根据权利要求2所述的超级电容电池，其特征在于，所述第一衬底、所述第一梳齿和所述第三梳齿的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。8.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，所述石墨烯层为多层石墨烯，或者，所述石墨烯层包括石墨烯和石墨的混合物。9.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，所述电解质溶液包括咪唑-Al2Cl7和/或吡啶-Al2Cl7。10.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，所述阳极的材料为金属材料。11.根据权利要求10所述的超级电容电池，其特征在于，所述金属材料包括铝。12.一种超级电容电池的制造方法，其特征在于，包括：步骤A1：制备若干阴极和若干阳极，其中，制备每个所述阴极的方法包括步骤：步骤S11：提供第一衬底，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31