一种大功率超级储能电源的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种大功率超级储能电源的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）配制介电绝缘材料墨水和内电极导电材料墨水；（2）制作3D层叠快速打印生坯，生成叠层芯片；（3）对叠层芯片进行干燥处理；（4）对叠层芯片进行等静压处理；（5）对叠层芯片进行烧结处理；（6）对叠层芯片进行倒角处理；（7）制作叠层芯片的端电极；（8）对叠层芯片进行测试并包装。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子储能领域，具体地讲，涉及。
技术介绍
当前以电动汽车、新能源(风能、太阳能)为代表的战略性新兴产业，以电网调峰、削峰填谷为代表的智能电网及航母电磁炮为代表的军工行业都遇到了前所未有的困难，停滞不前，举步维艰，其根本原因就是缺少高效大功率超级储能电源。到目前为止，人们已经探索和开发了多种形式的电能储能方式，其中以化学储能电池和超级电容器储能(ElectricalDoule-LayerCapacitor简称EDLC)、多层陶瓷电容器(Multi-layer ceramic capacitors 简称 MLCC)最具代表性。 目前市场上的储能电池主要有铅酸电池、镍氢电池、液流钒电池、锂电池、燃料电池等化学电池。这类化学电池通过化学能一电能的转换过程，来实现能量的储存和释放。而以锂电池为代表的化学电池在能量密度方面已趋于极限，而且充放电速度慢、大功率锂电池存在安全隐患等。为克服上述化学电池存在的难题，EDLC由于充放电速度快(以秒分钟计)，在近十年获得的了迅速的发展，其原理是基于采用高比表面积电极材料，来增大电容量，上万法拉的超级电容器已能批量生产。然而EDLC的单体模块电压低(〈3伏)，储能很少，目前最好的双电层电容器的比能量只有锂电池的十分之一。MLCC虽具有充放电快寿命长、安全可靠等优点，但由于电容量小、储能不足，目前尚无法用于大功率储能。因此目前的储能技术已严重制约了战略性新兴产业、智能电网及军工行业的发展。因此有必要开发一种新的储能技术来克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供，本专利技术储存能量大、充放电快和自放电率小。本专利技术采用如下技术方案实现专利技术目的 ，其特征在于，包括如下步骤 (1)配制介电绝缘材料墨水和内电极导电材料墨水； (2)制作3D层叠快速打印生坯，生成叠层芯片； (3)对叠层芯片进行干燥处理； (4)对叠层芯片进行等静压处理； (5)对叠层芯片进行烧结处理； (6)对叠层芯片进行倒角处理； (7)制作叠层芯片的端电极；(8)对叠层芯片进行测试并包装。作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤(2)包括如下步骤 (2. I)在基板上，打印设定尺寸的介电绝缘材料，即第一绝缘层； (2. 2)在第一绝缘层的上方打印设定尺寸的内电极导电材料,即第一导电层，其中所述第一导电层与所述第一绝缘层的左侧边靠齐，其余各边与第一绝缘层各边均留出预设的留边量; (2. 3)在第一导电层上方再打印设定尺寸的介电绝缘材料，即第二绝缘层； (2. 4)在第二绝缘层的上方再打印一层内电极导电材料，即第二导电层，其中所述第二导电层与所述第二绝缘层的右侧边靠齐，其余各边与第二绝缘层各边均留出预设的留边量; (2. 5)在第二导电层的上方再打印一层与第二绝缘层厚度一样的介电绝缘材料，即第三绝缘层，完成一个周期； (2.6)根据事先设计的要求重复步骤(2. 2) - (2. 6)。作为对本技术方案的进一步限定，所述介电绝缘材料墨水和内电极导电材料墨水含有分散剂，所述分散剂为乙醇、乙酰丙酮、聚乙烯醇中的一种或者几种。作为对本技术方案的进一步限定，所述介电绝缘材料墨水用材料包括用金属、稀土金属、金属氧化物、无碱玻璃、有机高分子材料进行掺杂包覆的高纯度纳米钛酸钡、钛酸锶钡或者钛酸铜钙粉体。作为对本技术方案的进一步限定，所述金属包括钙(Ca)、锆(Zr)、锰(Mn)、锌(Zn)、镁(Mg)中的一种或者几种。作为对本技术方案的进一步限定，所述稀土金属包括镝(Dy)、铒(Er)、钦(HO)、钇(Y)、镱(Yb)、镓(Ga)、钕(Nd)、钼(PT)、钐(Sm)和钆(Gd)中的一种或几种。作为对本技术方案的进一步限定，所述金属氧化物包括三氧化二铝(A1203)、氧化钴(CoO)、三氧化二铋(Bi2O3)中的一种或几种。作为对本技术方案的进一步限定，所述有机高分子材料包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯中的一种或几种。作为对本技术方案的进一步限定，所述内电极导电材料墨水用材料包括单层石墨烯、石墨烯微片，纳米炭管、活性炭及铝粉、镍粉、银粉中的一种或几种。作为对本技术方案的进一步限定，所述生坯的干燥温度在300-400°C，等静压压力为 3-10MPa，烧结温度为 500-1300°C。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是本专利技术的大功率超级储能电源的比能量可达200-1500 (Wh/Kg)，比功率可达1000 2000W/Kg，明显超过现有以锂电池为代表的化学电池和以双电层超级电容器为代表的物理电池。该产品具有充放电快(10秒 5分钟)，循环寿命大于10000次，自放电率30天内小于O. 1%、安全可靠以及绿色无污染的特点。该产品有望取代锂离子二次电池和双电层超级电容器，在电动汽车、风能、太阳能储能、电动工具、各类照明灯具和通讯类电子产品等行业中做为电源或储能装置。本专利技术是基于3D层叠打印技术和新型纳米材料技术。其核心技术之一是利用3D层叠快速打印技术，制造大功率超级储能电源，与现有的多层陶瓷电容(MLCC)和双电层超级电容器制备技术相比，方便、快速，成本低，性能好。本专利技术核心技术之二是利用以石墨烯为代表的高比表面积，高导电材料为内电极材料，与普通的内电极材料相比，内电极面积增加5倍以上。根据电容器的计算公式C=S xe0xS/d; ε相对介电常数；ε ^真空介电常数8.86Χ 10_12单位F/m ;面积S，单位平方米；极板间距d，单位米。在相同的情况下，电容量增大5倍以上。本专利技术核心技术之三是以含有钙、钡、镁、铝、钛和多种稀土金属的无机纳米材料为介电绝缘材料，其相对介电常数在800 1，000，000之间可调，其薄膜型态的耐压电场高>300V/um。由于其具有超高的耐压场强，比双电层超级电容器几伏的耐压提高了 100倍。 根据电容的能量计算公式，E=l/2 CV2, E储能(J)，C为电容(F)，V为电压(V)。能量密度是双电层电容器10000倍。采用本专利技术制造方法，很容易制造出可储能50KWh (50度电)的大功率超级储能电源。可供功率IOkw的电动汽车以100km/h的速度行驶500km，在充电站内5分钟就可充满电，像汽车加油一样方便。附图说明图I为本专利技术专利大功率超级储能电源的生产流程示意图。图2为本专利技术专利大功率超级储能电源的剖面示意图。图3为本专利技术专利大功率超级储能电源的外形结构示意图。图中I.为绝缘介电材料2.内电极导电材料3.端电极。具体实施例方式下面结合附图和优选实施例对本专利技术作更进一步的详细描述。为了更清晰的说明本专利技术，下面将结合实例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅限于下面的实例。实施例一 本实例提供了一种以石墨烯为内电极导电材料、掺杂改性纳米钛酸钡为绝缘介电材料的大功率超级储能电源的制造方法。首先将配置好的墨水在计算机控制下，采用3D层叠快速打印技术，沿厚度方将绝缘介电材料和内电极材料分别逐层打印生坯，叠加而成，然后通过干燥、等静压、烧结、倒角、端电极制作、测试、包装等工艺制造大功率超级储能电源。具体包括如下步骤 (I)在掺杂改性纳米钛酸钡粉体中加入乙醇、乙酰丙酮配制介电绝缘材料墨水、在石墨烯中加入乙醇、乙酰丙酮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率超级储能电源的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）配制介电绝缘材料墨水和内电极导电材料墨水；（2）制作3D层叠快速打印生坯，生成叠层芯片；（3）对叠层芯片进行干燥处理；（4）对叠层芯片进行等静压处理；（5）对叠层芯片进行烧结处理；（6）对叠层芯片进行倒角处理；（7）制作叠层芯片的端电极；（8）对叠层芯片进行测试并包装。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振升，胡立祥，
申请(专利权)人：济南航医纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：