电子装置中的柔性导电膜和无机层的制作及用途制造方法及图纸

本公开的实施方式涉及通过将无机组合物与绝缘基材结合并由绝缘基材上的无机组合物形成多孔无机层来制作导电膜的方法。无机层可包括纳米多孔金属层，例如氟化镍。本发明专利技术公开的方法也可包括将导电膜整合至电子装置的步骤。本公开的方法也可包括将导电膜整合至电子装置之前使导电膜与固体电解质结合的步骤。本公开的方法也可包括使无机层从导电膜分离以形成自立的无机层的步骤。本公开的进一步的实施方式涉及导电膜和自立的无机层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年4月8日提交的美国专利临时申请61/976,715号的优先权。上述申请的全部内容通过援引纳入本文。关于联邦资助研究的声明本专利技术是在美国国防部基金第N00014-09-1-1066号、美国国防部基金第FA9550-12-1-0035号、美国国防部基金第FA9550-09-1-0581号的政府支持下完成的。政府对本专利技术拥有某些权利。背景在成本有效性、规模性、效率方面，制备电子装置组件的现有方法存在限制。而且，现有的电子装置组件具有有限的电性质。本方面公开的多个方面解决了该限制。专利技术概述在一些实施方式中，本公开涉及通过将无机组合物与绝缘基材结合来制作导电膜的方法。在一些实施方式中，所述结合使得绝缘基材上的无机组合物形成无机层。在一些实施方式中，绝缘基材是绝缘聚合物，例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)。在一些实施方式中，绝缘基材也与一个或多个粘合层(例如铬薄膜)结合。在一些实施方式中，绝缘基材也与一个或多个导电层(例如金薄膜)结合。在一些实施方式中，一个或多个粘合层位于一个或多个导电层下方。在一些实施方式中，无机组合物包括金属，例如镍。在一些实施方式中，无机组合物通过电化学沉积与绝缘基材结合。在一些实施方式中，绝缘基材上无机层的形成包括对无机组合物的阳极处理。在一些实施方式中，绝缘基材上无机层的形成包括对无机组合物的阴极处理。在一些实施方式中，无机层包括以下通式：MXn；其中，M包括但不限于金属、过渡金属、它们的合金及它们的组合；其中，X包括但不限于卤化物、氧化物、硫属化物及它们的组合；且其中，n是1至6的整数。在一些实施方式中，无机层包含氟化镍(NiF2)。在一些实施方式中，无机层是多孔的。在一些实施方式中，无机层包含直径范围为约1nm至约50nm的孔。在一些实施方式中，无机层的厚度范围为约500nm至约1μm。在一些实施方式中，无机层的电容范围为约0.1mF/cm2至约1000mF/cm2，能量密度范围为约0.1Wh/kg至约500Wh/kg，功率密度范围为约1kW/kg至约50kW/kg。在一些实施方式中，本公开的方法还包括将所形成的导电膜整合至电子装置的步骤。在一些实施方式中，本公开的方法也包括将导电膜整合至电子装置之前使导电膜与固体电解质结合的步骤。在一些实施方式中，所述电子装置包括但不限于储能装置、电极、电极系统、电池、锂离子电池、超级电容器、电化学电容器、微型超级电容器、准电容器、电双层电容器、燃料电池、微型电路、半导体、晶体管、便携式电子装置、柔性电子装置及它们的组合。在一些实施方式中，本公开的电子装置的能量密度范围为约10Wh/kg至约500Wh/kg，电容范围为约1mF/cm2至约1000mF/cm2，功率密度范围为约1kW/kg至约200kW/kg。在一些实施方式中，本公开的方法也包括使无机层从导电膜分离以形成自立的无机层的步骤。在一些实施方式中，分离的无机层可与固体电解质结合，然后整合至电子装置。在一些实施方式中，本公开涉及通过本公开的方法形成的导电膜。在一些实施方式中，导电膜包括绝缘基材和与绝缘基材结合的无机层。在一些实施方式中，无机层是多孔的。在一些实施方式中，绝缘基材也与一个或多个粘合层结合。在一些实施方式中，绝缘基材也与一个或多个导电层结合。在一些实施方式中，导电膜的厚度范围为约1μm至约1m。在一些实施方式中，导电膜的厚度范围为约100μm至约200μm。本公开的其它实施方式涉及通过本公开的方法形成的自立的无机层。本公开的进一步的实施方式涉及包含本公开的导电膜和无机层的电子装置。附图说明图1提供涉及导电膜和无机层的示意图和说明。图1A提供制备导电膜和无机层的方法和将产物整合至电子装置的方法的示意图。图1B提供导电膜的说明。图1C提供与导电膜结合的电子装置组件的说明。图2提供三维纳米多孔层(NPL)的结构和电极示意图。图2A是聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)基材上的柔性NPL的示意图，所述PET基材上覆盖有金(Au)导电层和铬(Cr)粘合层(Au(～40nm)/Cr(～10nm)/PET基材(～35μm))。右侧的图片表示左侧图片的一半。固体电解质层上是另一层多孔层，然后是Au/Cr层，最后是PET层，从而完成夹心结构。更具体而言，一个固体电解质层将纳米多孔层、Au/Cr和PET层分成两半。左图所示的整体夹心结构的厚度为～170μm。图2B是弯曲状态下的柔性电极的图片。图2C是移除基材后的自立的NPL的图片。图2D-F是从不同观察方向拍摄的自立的NPL的扫描电子显微镜(SEM)图像，包括截面(图2D)，顶部(图2E)，底部(图2E)。图2G是NPL的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像。图3是NPL的显微观察图，包括低放大倍率的SEM截面图像(图3A)，高放大倍率的SEM截面图像(图3B)，以及TEM图像(图3C-D)。图4提供来自非均质NPL的等温线吸附分支的巴雷特-乔伊纳-哈伦达(BJH)孔径分布。图5提供电化学电容器(EC)性能测试之前(深色线)和之后(浅色线)的对NPL的X射线光电子谱(XPS)分析。示出了XPS全谱(图5A)、F1s谱(图5B)，O1s谱(图5C)，Ni2p谱(图5D)。图6示出了激活过程前的柔性装置在不同电位窗口下运行时的循环伏安(CV)迹线(黑色曲线从-0.8至0.8V，红色曲线从-1至1V，绿色曲线从-1.2至1.2V，蓝色曲线从-1.4至1.4V)。图6A-D的扫描速率分别为50mVs-1，1Vs-1，10Vs-1和100Vs-1。图7示出了通过使用由重量比为2:3的KOH-聚乙烯醇(PVA，分子量～100k)组成的固体电解质对装置进行电化学电容器(EC)测试的相关数据。图7A-B示出了在-0.8至0.8V的电位窗口内的50mVs-1至100Vs-1的不同扫描速率下记录的CV。图7C-D示出了在-1.4至1.4V的电位窗口内的50mVs-1至100Vs-1的不同扫描速率下记录的循环伏安(CV)。图7E-F分别示出了在0.2mAcm-2和1mAcm-2下运转的恒电流充/放电(GDC)曲线。图7G示出了在10-2至104Hz的频率范围内测定的电化学阻抗谱(EIS)。图8示出了通过使用由重量比约为1:1的KOH-PVA(分子量～100k)组成的固体电解质对装置进行的EC测试。图8A-B示出了在-0.8至0.8V的电位窗口内的50mVs-1至100Vs-1的不同扫描速率下记录的CV。图8C-D示出了在-1.4至1.4V的电位窗口内的50mVs-1至100Vs1的不同扫描速率下记录的CV。图8E-F分别示出了在0.2mAcm-2和1mAcm-2下运转的GDC曲线。图8G示出了在10-2至104Hz的频率范围内测定的EIS。图9示出了通过使用由重量比约为2:3的KOH-PVA(分子量～50k)组成的固体电解质对装置进行的EC测试。图9A-B示出了在-0.8至0.8V的电位窗口内的50mVs-1至100Vs-1的不同扫描速率下记录的CV。图9C-D示出了在-1.4至1.4V的电位窗口内的50mVs-1至100Vs1的不同扫描速率下记录的CV。图9E-F分别示出了在0.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
用作电子装置的组件的导电膜的制作方法，所述方法包括：将无机组合物与绝缘基材结合；和由绝缘基材上的无机组合物形成无机层，其中，所形成的无机层是多孔的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.08 US 61/976,7151.用作电子装置的组件的导电膜的制作方法，所述方法包括：将无机组合物与绝缘基材结合；和由绝缘基材上的无机组合物形成无机层，其中，所形成的无机层是多孔的。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘基材包含绝缘聚合物。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述绝缘聚合物包含聚(对苯二甲酸乙二醇酯)。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘基材与一个或多个粘合层结合。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述一个或多个粘合层选自铬、钛、镍及它们的组合。6.如权利要求4所述的方法，其中，还包括将绝缘层与一个或多个粘合层结合的步骤。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘基材与一个或多个导电层结合。8.如权利要求7所述的方法，其中，所述一个或多个导电层选自金、铝、铜、铂、银及它们的组合。9.如权利要求7所述的方法，其中，还包括将基材与一个或多个导电层结合的步骤。10.如权利要求9所述的方法，其中，将无机组合物与绝缘基材结合之前，所述绝缘基材与一个或多个导电层结合。11.如权利要求1所述的方法，其中，还包括在无机组合物与绝缘基材结合之前对绝缘基材进行清洁的步骤。12.如权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘基材与一个或多个粘合层以及一个或多个导电层结合，所述一个或多个粘合层位于所述一个或多个导电层下方。13.如权利要求1所述的方法，其中，通过选自溅射、喷雾、电沉积、印刷、电子束蒸发、热蒸发、原子层沉积及它们的组合的方法来进行结合。14.如权利要求1所述的方法，其中，所述结合通过电化学沉积进行。15.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机组合物选自金属、过渡金属、金属氧化物、过渡金属氧化物、金属硫属化物、金属卤化物、它们的合金及它们的组合。16.如权利要求1所述的方法，其中，无机层的形成包括对无机组合物的阳极处理。17.如权利要求1所述的方法，其中，无机层的形成包括对无机组合物的阴极处理。18.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机层包括以下通式：MXn，其中，M选自金属、过渡金属、它们的合金及它们的组合；其中，X选自卤化物、氧化物、硫属化物及它们的组合；且其中，n是1至6的整数。19.如权利要求18所述的方法，其中，M是金属，其选自铁、镍、钴、铂、金、铝、铬、铜、锰、镁、钼、铑、硅、钽、钛、钨、铀、钒、锆、它们的合金及它们的组合；其中，X是卤化物，其选自氟、氯、溴及它们的组合；且其中，n是1至6的整数。20.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机层包含氟化镍(NiF2)。21.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机层包含直径范围为约1nm至约50nm的孔。22.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机层的厚度范围为约1nm至约1m。23.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机层的厚度范围为约500nm至约1μm。24.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机层的电容范围为约0.1mF/cm2至约1000mF/cm2。25.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机层的能量密度范围为约0.1Wh/kg至约500Wh/kg。26.如权利要求1所述的方法，其中，所述无机层的功率密度范围为约1kW/kg至约50kW/kg。27.如权利要求1所述的方法，其中，所形成的导电膜的厚度范围为约1μm至约1m。28.如权利要求1所述的方法，其中，所形成的导电膜的厚度范围为约100μm至约200μm。29.如权利要求1所述的方法，其中，还包括将导电膜整合至电子装置的步骤。30.如权利要求29所述的方法，其中，所述电子装置选自储能装置、电极、电极系统、电池、锂离子电池、超级电容器、电化学电容器、微型超级电容器、准电容器、电双层电容器、燃料电池、微型电路、半导体、晶体管、便携式电子装置、柔性电子装置及它们的组合。31.如权利要求29所述的方法，其中，所述电子装置的能量密度范围为约10Wh/kg至约500Wh/kg。32.如权利要求29所述的方法，其中，所述电子装置的电容范围为约1mF/cm2至约1000mF/cm2。33.如权利要求29所述的方法，其中，所述电子装置的功率密度范围为约1kW/kg至约200kW/kg。34.如权利要求1所述的方法，其中，还包括将导电膜与固体电解质结合的步骤。35.如权利要求34所述的方法，其中，所述固体电解质位于所述无机层上方。36.如权利要求35所述的方法，所述方法还包括将固体电解质与第二导电膜结合的步骤，其中，所述第二导电膜位于所述固体电解质上方，所述第二导电膜的无机层直接与所述固体电解质结合。37.如权利要求34所述的方法，其中，还包括将导电膜整合至电子装置的步骤。38.如权利要求1所述的方法，其中，还包括从导电膜分离无机层的步骤。39.如权利要求38所述的方法，其中，所述分离的无机层是自立的。40.用作电子装置的组件的导电膜，其中，所述导电膜包括：绝缘基材；和与所述绝缘基材结合的无机层，其中所述无机层是多孔的。41.如权利要求40所述的导电膜，其中，所述绝缘基材包含绝缘聚合物。42.如权利要求41所述的导电膜，其中，所述绝缘聚合物包含聚(对苯二甲酸乙二醇酯)。43.如权利要求40所述的导电膜，其中，所述绝缘基材与一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·图尔，杨杨，阮戈登，
申请(专利权)人：威廉马歇莱思大学，
类型：发明
国别省市：美国;US