[发明专利]一种微型超级电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械技术领域，特别涉及一种微型超级电容器及其制造方法。

背景技术

电子产品小型化、微型化、集成化是当今世界技术发展的大势所趋。微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems简称MEMS)具有移动性、自控性、集成化等特点，是近年来最重要的技术创新之一。当一个子系统可以集成在一块芯片上时，电源也必须完成小型化、微型化的革命。MEMS微能源系统是指基于MEMS技术，将一个或多个电能供给装置集成为一个特征尺寸为微米级、外形尺寸为厘米级的微系统，能实现长时间、高效能、多模式供电，特别适用于传统电源无法应用的某些特殊环境。性能优异的微型能源对MEMS系统的发展和完善就具有特殊的意义。目前国外该领域的专利主要集中在微型锂离子电池、微型锌镍电池等领域，如美国oak ridge国家实验室有关微型锂离子电池的专利(US.5567210)以及美国Bipolar technologies公司的有关微型锌镍电池的专利(US.6610440BS)。上述相关专利技术所涉及到的微能源器件中的制备方法都是通过各种方法制备尺度微小的微电极，受到电极面积有限等因素的限制，所制备微型能源器件内阻、容量等指标不能满足器件需求，严重制约了微型能源器件的应用。与微型电池相比，微型超级电容器要求具有更低的内阻以满足其瞬时大功率放电能力。而到目前为止，针对如何有效降低微型超级电容器的内阻，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种微型超级电容器及其制造方法，它是针对现有技术中微型超级电容器内阻偏高，无法满足器件储能要求而提出的。

一种微型超级电容器，其特征在于，该微型超级电容器的结构是在一片聚酰亚胺支撑体上依此排列微电极、凝胶状电解质和微电极，在组合体面上再盖上相同的一片聚酰亚胺支撑体形成一个单元，以多个单元的聚酰亚胺支撑体相互连接后卷绕成为硬币状结构，在币状结构两侧为银封盖，银封盖同时作为电极端子起集流体的作用。

所述微电极为在储能材料中掺加部分导电材料及粘合剂并加入去离子水形成流动性良好的电极浆料，电极浆料成分为Ru₂O₃、乙炔黑、粘合剂、水的质量份数比为8∶1∶1∶40。

所述导电材料为乙炔黑，粘合剂为丁苯橡胶及羧甲基纤维素钠按质量份数比为3∶1的混合物。

所述储能材料为氧化钌，使用氯化钌RuCl₃与氢氧化钠NaOH反应生氢氧化钌Ru(OH)₃并进行加热处理生成氧化钌Ru₂O₃；具体是将RuCl₃加入去离子水中，配制成浓度范围为0.001-0.01mol/L的RuCl₃溶液；配制浓度范围为0.001-0.03mol/L的NaOH溶液；在持续搅拌条件下，将NaOH溶液逐滴加入RuCl₃溶液中，使其反应完全，过滤并洗涤得到黑色Ru(OH)₃，将其置于120-160℃条件下加热处理1小时后得到黑色电极储能材料Ru₂O₃；或者使用氯化钌与碳酸氢铵反应生成碳酸氢钌Ru(HCO₃)₃进而加热处理生成氧化钌Ru₂O_3，具体是将RuCl₃于去离子水中配制浓度范围为0.001-0.01mol/L的RuCl₃溶液，配制浓度范围为0.001-0.03mol/L的NH₄HCO₃溶液。在持续搅拌条件下，将NH₄HCO₃逐滴加入RuCl₃溶液中使其反应完全，过滤并洗涤得到黑色Ru(HCO₃)₃，将其置于200-250℃条件下加热分解处理1小时后得到黑色电极储能材料Ru₂O₃。

所述凝胶状电解质由聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、氢氧化钾、去离子水构成；四者的质量百分比例为8-15∶2-5∶30-40∶30-50。与单独使用聚乙烯醇相比，聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠共混能改善凝胶状电解质膜的保湿性和机械性能；凝胶状电解质中氢氧化钾与水的含量是制约电解质性能的关键因素。二者质量比例之和为60％-90％。。