通过电泳的电介质复合体共形沉积制造技术

本文总体描述的技术用于复合电介质材料的设计、制备和使用。实施方案包括，但是不限于，方法、器件和系统。还公开并要求保护其他实施方案。本文描述的一些技术包括电介质粒子的电泳沉积以共形地形成用于在能量储存装置中使用的电介质材料的薄层。示例能量储存装置包括电容器装置，所述电容器装置在一些情况下可以用于代替和/或在操作中协助电池、超电容器以及其他类似装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过电泳的电介质复合体共形沉积背景除非在本文另外指出，这部分中描述的材料对于本申请中的权利要求不是现有技木，并且不因包含在这部分中而被承认为现有技木。电容器可以用于多种能量储存应用。电介质材料典型地夹在两个导电层之间以形成电容器。目前可以使用以下方法制备电介质材料如电介质层的层压或溶剂流延(例如，喷涂)，之后将聚合物层在电介质的顶部熔融以填充电介质层中的任何空间。对于非平面的下方导电层，这些制备方法通常导致平面的但是厚度不均匀的电介质复合体的层。概述本公开总体上涉及，尤其是，与通过电泳沉积形成电介质复合体相关的方法、器件和系统。本文总体描述的技术用于复合电介质材料的设计、制备和使用。实施方案包括，但是不限于，方法、器件和系统。也可以公开并要求保护其他实施方案。本文描述的ー些技术包括电介质粒子的电泳沉积以形成用于在能量储存装置中使用的电介质材料薄层。示例能量储存装置包括电容器装置，所述电容器装置在有些情况下可以用于代替和/或在操作中辅助电池、超电容器和其他类似装置。如本文所使用的，“电介质复合体”可以包括具有填充有聚合物的空间的电介质层。在多个实施方案中，用于制备电介质复合体器件的方法可以包括通过电泳在第一导电层上共形地沉积电介质材料层，并且用聚合物填充电介质材料层中的空间。该方法可以还包括在填充有聚合物的电介质材料层上形成第二导电层，以形成电介质复合体器件。共形地沉积可以包括将第一导电层浸没在溶剂中，并且施加电偏压至第一导电层以使得将电介质材料吸引至第一导电层，以共形地形成电介质材料层。溶剂可以包括分散在其中的电介质材料。此外，溶剂可以是具有分散在其中的电介质材料的有机溶剤。施加电偏压可以包括向第一导电层施加脉冲偏压或与反向偏压交错的正向偏压，以将电介质材料吸引至第一导电层，以共形地形成电介质材料层。聚合物可以包括以下各项中的ー种或多种聚(对苯ニ甲酸こニ醇酷)、聚丙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺。填充空间可以包括在电介质材料层上沉积聚合物，并且向聚合物施加热或压力中的ー种或多种以使得聚合物被引到电介质材料层中的空间中。在多个实施方案中，用于制备电介质复合体器件的方法可以包括在第一导电层上电泳地沉积粒子层，其中所述粒子包括涂布有聚合物的电介质材料；并且向粒子层施加热或压カ中的一种或多种以将聚合物引到粒子层中的空间中。该方法可以还包括在填充有聚合物的粒子层上形成第二导电层，以形成电介质复合体器件。电泳地沉积可以包括在导电层上共形地沉积粒子层。聚合物可以包括以下各项中的ー种或多种聚(对苯ニ甲酸こニ醇酯)、聚丙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺。在多个实施方案中，电介质复合体器件可以包括第一导电层，以及共形地形成在第一导电层上的电介质材料层。该器件可以还包括在电介质材料层的空间内的聚合物，以及在填充有聚合物的电介质材料层上的第二导电层。第一导电层可以包括非平面表面，并且其中电介质材料层共形地形成在第一导电层的非平面表面上。第一导电层可以是由以下各项中的ー种或多种形成的金属材料铝、铜、钼、金、银或镍。聚合物可以包括以下各项中的ー种或多种聚(对苯ニ甲酸こニ醇酷)、聚丙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺。电介质材料可以包括以下各项中的ー种钛酸钡、硅酸铪、硅酸锆、ニ氧化铪或ニ氧化锆。电介质材料可以包括钛酸钡，并且其中所述钛酸钡涂布有氧化铝。电介质材料可以包括高k电介质材料。在多个实施方案中，具有电介质复合体的系统可以包括输出端，以及包括至少ー个电容器的能量储存模块。能量储存模块可以包括第一导电层，以及共形地形成在第一导电层上的电介质材料层。能量模块可以还包括在电介质材料层的空间内的聚合物，以及在填充有聚合物的电介质材料层上的第二导电层。此外，该系统可以包括电池模块。电池和能量储存模块可以并联地连接至输出端。该系统可以还包括连接在电池模块与输出端之间，以及能量储存模块与输出端之间的DC/DC转换器。该系统可以还包括连接至输出端的负载。能量储存模块和电池模块可以对负载提供不可中断电源。至少ー个电容器可以是高介电电容器。以上概述仅为了举例说明并且不意图以·详述，其他方面、实施方案和特征将是显见的。附图简述主题是在说明书的总结部分特别指出并明确要求保护的。由以下的描述和后附权利要求，并结合附图，本公开的以上和其他特征将变得更加充分显然。应明白这些附图仅描绘根据本公开的数个实施方案，并且因此不应被认为是其范围的限制，本公开将通过使用附图而得以更加具体且详细地描述，其中图I是用于制备包括电介质复合体的器件的示例体系的框图；图2是说明与制备电介质复合体器件的示例方法相关的ー些操作的流程图；图3-7说明了以用于制备电介质复合体器件的示例方法制造的装置的不同阶段的截面图；图8-10说明了以用于制备电介质复合体器件的另ー个示例方法制造的装置的不同阶段的截面图；附图说明图11是包括电介质复合体的示例系统的框图；以及图12是说明示例计算装置的框图；这些附图全部按照本公开的不同实施方案排列。实施方案详述在以下详述中，參考组成该详述一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，相似的符号通常表示相似的部分。详述、附图和权利要求中描述的说明性实施方案不意欲限制。在不背离本文给出的精神或主题范围的情况下，可以采用其他实施方案，并且可以进行其他变更。将容易明白的是如本文总体描述的，以及在附图中举例说明的本公开的那些方面可以以广泛的不同构造进行排列、替换、组合、分离和设计，所有这些均在本文中明确地预期。本公开认识到对于非平面的(例如，粗糙的、波状的或不平坦的)下方导电层，采用电介质层的层压或溶剂涂布的方法倾向于给出平面的但是厚度不均匀的电介质层或复合体(即，具有填充有聚合物的空间的电介质层)。因为电介质层或复合体的平面的顶部表面小于非平面的下方导电层的表面积，沉积在电介质层或复合体的顶部上的顶部导电层将具有基本上等于电介质层或复合体的平面的顶部表面的表面积，并且小于非平面的下方导电层的表面积。因为电容器的能量储存能力可以是直接与导电层(电容器电极)的表面积相关，由具有非平面表面的导电层可以获得的任何益处可能丧失。相反，所描述的电介质层可以通过电泳沉积形成，其可以在非平面下方导电层表面上均匀地提供基本上均匀厚度的电介质层。換言之，所描述的电介质层的表面积可以对应于下方导电层的表面积。作为结果，顶部电容器电极的表面积可以相对于由层压或溶剂涂布的电介质层形成的顶部电容器电极相应地增加。 图I是根据本公开的至少ー些实施方案排列的用于制备包括电介质复合体的器件的示例系统的框图。系统100的基本配置可以包括控制器102、溶剂浴104、聚合物沉积室106、导电材料沉积室108和电源110，它们全部连接在一起并且总体上如所说明的那样配置。控制器102可以是适合于监控、调节和/或控制根据本文描述的多种方法制备电介质复合体的过程的任何装置。例如，控制器102可以是计算装置(例如，计算机系统、微处理器、微控制器等)或嵌入式控制器(例如，专用集成电路(ASIC)，或ー些其他等价物)。控制器102可以包括控制进程114，所述控制进程114包括用于监控、调节和/或控制根据本文公开的多种方法制备电介质复合体的过程的ー种或多种指令。例如，控制进程114可以包括用于执行用于制备电介质复合体器件的方法的指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.15 US 12/638,2241.一种用于制备电介质复合体器件的方法，所述方法包括 通过电泳在第一导电层上共形地沉积电介质材料层； 用聚合物填充电介质材料层中的空间；以及 在填充有所述聚合物的所述电介质材料层上形成第二导电层，以形成所述电介质复合体器件。2.权利要求I所述的方法，其中共形地沉积包括 将所述第一导电层浸没在溶剂中，其中所述溶剂包括分散在其中的所述电介质材料；以及 施加电偏压至所述第一导电层，以使得所述电介质材料被吸引至所述第一导电层，以共形地形成所述电介质材料层。3.权利要求2所述的方法，其中所述溶剂是具有分散在其中的所述电介质材料的有机溶剂。4.权利要求2所述的方法,其中施加电偏压包括对所述第一导电层施加脉冲偏压或与反向偏压交错的正向偏压，以将所述电介质材料吸引至所述第一导电层，以共形地形成所述电介质材料层。5.权利要求I所述的方法，其中所述聚合物包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺中的一种或多种。6.权利要求I所述的方法，其中填充空间包括 在所述电介质材料层上沉积所述聚合物；以及 对所述聚合物施加热或压力中的一种或多种，以使得所述聚合物被引至所述电介质材料层中的空间中。7.一种用于制备电介质复合体器件的方法，所述方法包括 在第一导电层上电泳沉积粒子层，其中所述粒子包含涂布有聚合物的电介质材料； 对所述粒子层施加热或压力中的一种或多种，以将所述聚合物引至所述粒子层中的空间中；以及 在填充有所述聚合物的所述粒子层上形成第二导电层，以形成所述电介质复合体器件。8.权利要求7所述的方法，其中电泳沉积包括在所述导电层上共形地沉积所述粒子层。9.权利要求7所述的方法，其中所述聚合物包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚碳酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：赛思·阿德里安·米勒，
申请(专利权)人：英派尔科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：