器件制造方法、储能器件和能源供应装置制造方法及图纸

本公开涉及一种器件制造方法、储能器件和能源供应装置，所述方法包括：在衬底上制备激光刻画石墨烯LSG电极；在衬底刻画有所述LSG电极一侧上浇筑柔性材料得到弹性层，所述弹性层覆盖所述LSG电极，其中，所述柔性材料的延展性强于所述衬底的材料；利用激光对所述衬底未刻画LSG电极的另一侧进行处理；去除所述衬底和所述LSG电极嵌入所述衬底的部分，并以预设方式进行处理，得到储能器件，所述储能器件包括嵌入所述LSG电极的弹性层。本公开实施例的器件制造方法可以将LSG快速、高效地从低延展性衬底转移到高延展性的衬底，提高了转印LSG到可高延展性衬底的成功率和质量，且流程简单，成本较低。成本较低。成本较低。

【技术实现步骤摘要】
器件制造方法、储能器件和能源供应装置


[0001]本公开涉及储能
，尤其涉及一种器件制造方法、储能器件和能源供应装置。

技术介绍

[0002]柔性电子被誉为未来形态的电子技术，和柔软的人体的集成贴合也是柔性电子最重 要的应用场景。目前为止，可拉伸和可弯曲的柔性电子技术已经在面向可穿戴电子、柔 性机器人、医疗健康、智能服饰、柔性储能等各个方面产生推动作用。在众多应用场景 中，储能/供能和应变传感都是最为关键的领域。可穿戴的超级电容器是能贴合在人体表 面，进行电化学储能/供能的重要柔性器件，能为电子系统供电。
[0003]碳纳米材料的广泛应用，如零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯、三维碳气凝 胶等引起了广泛的关注。石墨烯作为一种优秀的电极材料，在制造超级电容器方面的性 能已经得到了证明。
[0004]2014年，美国莱斯大学的团队偶然发现了CO2激光能直接迅速碳化PI塑料薄膜，而 不用再使用氧化石墨烯做前驱体，James Tour领导的小组利用CO2红外激光系统直接对 商用PI进行激光烧蚀，成功制备出了多孔石墨烯，这种制备方式的产物被称为LSG(LaserScribed Graphene，激光刻画石墨烯)。整个加工过程可在环境空气中进行，无需任何溶剂， 并且成本低廉。这种通过激光烧蚀PI的方法避免了复杂的湿化学方法，且可以直接制备 图案化结构，为石墨烯更广泛的应用创造了良好的基础。激光直写具有图案化和石墨烯 制备一体化的优势，所以此项技术很快引起世界范围的广泛关注和追踪。基于LSG的各 种超级电容器这几年都被研制和报道出来。
[0005]与微电池相比，微型超级电容器具有功率密度高，充放电速率快，可长期循环等优 点。2015年，莱斯大学的James Tour团队开发了第一个基于LSG的微超级电容，是通过在 环境大气中用CO2激光器在PI薄膜上直接写入来产生由计算机设计的交插指图案来制 造的。这种超级电容的能量通过电化学双电层来进行储存，在高速扫描下，LSG的循环 伏安图也保持了伪矩形的形状，比表面电容能保持在1mF
·
cm
‑2上。
[0006]由以上介绍可知，LSG是在PI衬底上制备的，是不可拉伸的。然而，为了适应柔性 应用场景，需要实现LSG的可拉伸性，高延展性，但是，如何将PI从不可拉伸的衬底转 印到可拉伸材料商，是亟需解决的一大难题。

技术实现思路

[0007]根据本公开的一方面，提供了一种器件制造方法，所述方法包括：
[0008]在衬底上制备激光刻画石墨烯LSG电极；
[0009]在衬底刻画有所述LSG电极一侧上浇筑柔性材料得到弹性层，所述弹性层覆盖所述 LSG电极，其中，所述柔性材料的延展性强于所述衬底的材料；
[0010]利用激光对所述衬底未刻画LSG电极的另一侧进行处理；
[0011]去除所述衬底和所述LSG电极嵌入所述衬底的部分，并以预设方式进行处理，得到 储能器件，所述储能器件包括嵌入所述LSG电极的弹性层。
[0012]在一种可能的实施方式中，所述在衬底上制备激光刻画石墨烯LSG电极，包括：
[0013]在所述衬底采用激光刻画预设电极图案，以在所述衬底上碳化制备所述LSG电极。
[0014]在一种可能的实施方式中，所述激光为气体激光器产生，所述气体激光器的功率为 额定功率的10％～50％，所述激光器的扫描速度为额定速度的80％～100％，所述柔性材料 包括聚酰亚胺。
[0015]在一种可能的实施方式中，所述利用激光对所述衬底未刻画LSG电极的另一侧进行 处理，包括：
[0016]利用激光扫描所述衬底未刻画LSG电极的另一侧。
[0017]在一种可能的实施方式中，气体激光器产生激光的功率为额定功率的90％～100％，所 述激光器的扫描速度为额定速度的30％～50％。
[0018]在一种可能的实施方式中，所述以预设方式进行处理，包括：
[0019]利用导电粘合剂及导体在所述储能器件的LSG电极制备极耳；
[0020]利用凝胶电解质覆盖所述储能器件的LSG电极；
[0021]利用柔性材料封装所述储能器件。
[0022]在一种可能的实施方式中，所述柔性材料包括聚二甲基硅氧烷PDMS、脂肪族芳香 族无规共聚酯Ecoflex、硅橡胶、硅酮的至少一种。
[0023]根据本公开的一方面，提供了一种储能器件，所述储能器件根据所述的器件制造方 法制造。
[0024]在一种可能的实施方式中，所述储能器件包括可拉伸超级电容器。
[0025]根据本公开的一方面，提供了一种能源供应装置，所述装置包括所述的储能器件。
[0026]本公开实施例的器件制造方法，通过在衬底上制备激光刻画石墨烯LSG电极；在衬 底刻画有所述LSG电极一侧上浇筑柔性材料得到弹性层，所述弹性层覆盖所述LSG电极， 其中，所述柔性材料的延展性强于所述衬底的材料；利用激光对所述衬底未刻画LSG电 极的另一侧进行处理；去除所述衬底和所述LSG电极嵌入所述衬底的部分，并以预设方 式进行处理，得到储能器件，所述储能器件包括嵌入所述LSG电极的弹性层，可以将LSG 快速、高效地从低延展性衬底转移到高延展性的衬底，提高了转印LSG到可高延展性衬 底的成功率和质量，且流程简单，成本较低。
[0027]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限 制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将 变得清楚。
附图说明
[0028]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开 的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。
[0029]图1示出了根据本公开一实施例的器件制造方法的流程图。
[0030]图2a、图2b、图2c及图2d示出了根据本公开实施例的LSG电极制造示意图。
[0031]图3示出了根据本公开一实施例的器件制造方法的流程图。
[0032]图4a及图4b分别示出了PI衬底上LSG电极、PDMS衬底上LSG电极的示意图。
[0033]图5a示出了LSG电极嵌入PDMS的实物示意图，图5b示出了储能器件的实物示意图。
[0034]图6a示出了通过直接转印LSG，而没有在PI背面进行激光处理的横截面扫描电子显 微镜(SEM)图像。
[0035]图6b显示了与图6a相同样品的PDMS
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LSG
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PI界面的所有横截面的SEM图像。
[0036]图6c展示了步骤S13通过激光辅助转印LSG到PDMS的SEM图像。
[0037]图6d指向与图6c相同电极的PDMS
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LSG
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PI界面的整个横截面的SEM图像。
[0038]图7a示出了不同LSG电极在PI上的实物示意图。
[0039]图7b示出了在10到200本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种器件制造方法，其特征在于，所述方法包括：在衬底上制备激光刻画石墨烯LSG电极；在衬底刻画有所述LSG电极一侧上浇筑柔性材料得到弹性层，所述弹性层覆盖所述LSG电极，其中，所述柔性材料的延展性强于所述衬底的材料；利用激光对所述衬底未刻画LSG电极的另一侧进行处理；去除所述衬底和所述LSG电极嵌入所述衬底的部分，并以预设方式进行处理，得到储能器件，所述储能器件包括嵌入所述LSG电极的弹性层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在衬底上制备激光刻画石墨烯LSG电极，包括：在所述衬底采用激光刻画预设电极图案，以在所述衬底上碳化制备所述LSG电极。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光为气体激光器产生，所述气体激光器的功率为额定功率的10％～50％，所述激光器的扫描速度为额定速度的80％～100％，所述柔性材料包括聚酰亚胺。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用激光对所述衬底未刻画LSG...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，徐光远，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：