[发明专利]一种同一基底上任意形状堆叠型超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公布了一种同一基底上任意形状堆叠型超级电容器及其制备方法，该电容器为在一基底上，依次集成第一层电极薄膜/第二层隔膜/第三层电极薄膜/固体电解液的任意形状堆叠型超级电容器。其制备方法为在同一基底上喷涂制造具有任意形状的下电极薄膜层，然后在下电极薄膜上喷涂制造氧化石墨烯隔膜层，再在隔膜层上制造上电极薄膜层，得到具有堆叠结构的超级电容器。本发明所制造的任意形状堆叠型超级电容器能实现形状可控和大规模生产，能够有效与不同种类柔性化、便携化、可穿戴电子器件兼容集成，具有广泛的市场应用前景。

技术领域

本发明属超级电容器的制造领域，具体涉及一种同一基底上任意形状堆叠型超级电容器及其制备方法。

背景技术

传统堆叠型超级电容器由集流体(基底)/正极/隔膜/负极/集流体(基底)的形式堆叠构成。这种结构形式的堆叠型超级电容器制造耗时长，过程复杂且其结构形式涉及到两个基底；集流体和电极材料未能融于一体，导致传统堆叠型超级电容器的体积大，不利于其在小型化集成电路中的应用。

随着轻、薄、可弯曲的形状多样的电子设备的快速发展，极大地刺激了人们对新型储能器件的需求。目前的储能器件，例如锂电电池和超级电容器，形状固定，体积大，质量重，很难满足柔性电子设备的要求。此外，由于结构设计和性能的限制，例如需要聚合物粘结剂和额外的导电剂以及厚的隔膜，传统的电源并不能做到形状可控的柔性储能器件。

为了克服上述困难，近年来，平面交叉指型的石墨烯基储能器件引起了广泛的关注，并被认为有望在微型的电子芯片上应用。这种平面结构使得电极、隔膜、电解液和集流体集成到同一个基底上，有利于各组件的组合，储能器件的形状设计。虽然利用多种技术，例如打印、光刻显影、激光刻蚀，能制造出形状多样的平面型超级电容器，但是并不能实现任意形状超级电容器的制造。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于采用喷涂的方法在同一个基底上制造任意形状具有堆叠结构的超级电容器，制造过程简单，成本低，具有广泛的市场应用前景。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种同一基底上任意形状堆叠型超级电容器，该电容器为在一基底上，依次堆叠第一层电极薄膜/第二层隔膜/第三层电极薄膜/固体电解液的任意形状堆叠型超级电容器；

所述第一层电极薄膜、第三级电极薄膜材料为：石墨烯或石墨烯复合材料；

所述隔膜为氧化石墨烯；

所述固体电解液为电解液为聚乙烯醇/硫酸(PVA/H₂SO₄)、聚乙烯醇/硫酸钠(PVA/Na₂SO₄)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/二氧化硅固体电解液中的一种。

所述的基底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯基底(PET)、聚醚酰亚胺(PEI)、硅片、玻璃、纸或木板等任何绝缘平面基底。

所述电极薄膜的厚度为0.1-5μm，隔膜的厚度为1-3μm。

本发明中所述的第一层电极材料和第三层电极材料薄膜电极可以为相同的电极材料，也可以为不同的电极材料。

本发明中所述的第一层电极材料和第三层电极材料为相同的电极材料，超级电容器为对称超级电容器；第一层电极材料和第三层电极材料为不同的电极材料，超级电容器为非对称超级电容器。

本发明中所述的一定形状可以是任意的形状，指的是不受器件大小、构型、维数的限制；

本发明中所述的两电极材料、隔膜、电解液、集流体都集成在同一个基底上。

一种同一基底上任意形状堆叠型超级电容器的制备方法，具体为包括以下步骤：