[发明专利]柔性微型储能器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种柔性微型储能器件及其制作方法。所述柔性微型储能器件包括柔性衬底和多个电极，所述电极设置在柔性衬底表面，其中任意两个相邻电极之间分布有电解质层；所述电极包括设置在柔性衬底表面的微极板、设置在微极板表面的集流体层以及设置在集流体层表面的电极材料层，所述微极板包括分别具有第一螺旋结构、第二螺旋结构的第一微极板、第二微极板，所述第一螺旋结构、第二螺旋结构配合形成三维立体双螺旋状微纳结构。其中集流体层由碳基材料薄膜构成，且还兼作三元层状双金属氢氧化物阵列的原位生长载体，能够在柔性衬底与活性物质间形成稳定且连续的三维一体化结构，可强化电极机械稳定性，改善大电流倍率性能，保持循环性能稳定。

技术领域

本发明涉及一种储能器件，特别涉及一种基于衬底/石墨烯/三元层状氢氧化物一体化电极的柔性微型储能器件及其制作方法，属于储能设备技术领域。

背景技术

近几年，在微电子、材料科学及微加工技术等发展推动下，柔性电子技术已悄然作为一类重大科技变革而兴起，受到学术和产业界的高度关注与重视。然而，尽管部分柔性电子器件如柔性仿生电子皮肤等正日益接近人们生活，但有关驱动这些柔性电子产品的柔性电源方面研究却相对落后，成为发展柔性电子最大挑战之一，是近几年研究热点。传统锂电池、超级电容器等都是刚性的，在弯曲等条件下容易造成短路等严重安全问题。为满足柔性电子产品应用需求，柔性储能器件不仅要有较大能量/功率密度、较高循环稳定性和较快充放电速率，而且还应兼具良好可弯曲/柔韧性和加工性，以实现与柔性电子相匹配要求。

在众多能量存储器件中，作为微纳储能器件领域前沿研究方向之一的柔性微型超级电容器是最近几年逐渐兴起的一种新型储能源。例如，首次提出的微型超级电容器为基于三维碳管设计出的经典“叉齿”状微型超级电容器，与常用夹层结构柔性超级电容器相比，其内部电解质离子能在同一水平面上堆叠的电极材料中传递(尤其适合二维片状材料)，减小了传输距离和提高了活性物质利用率，并降低堆叠结构弯曲时层与层间剥离风险，在具有电化学电容器功率密度高、充放电速率快等特性同时，器件更容易实现轻薄/柔韧的二维化及微型化，能较好满足柔性电子对供能器件要求，成为超级电容器发展新分支。然而它较低能量密度仍限制着其实际应用，如何在轻薄/柔性条件下实现高能量密度及稳定性是柔性微超电容器研究待解决难题之一。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于衬底/石墨烯/三元层状氢氧化物一体化电极的柔性微型储能器件及其制作方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例一方面提供了一种柔性微型储能器件，其包括柔性衬底、电极和电解质层，所述电极设置在所述柔性衬底表面，所述电解质层至少分布在两个电极之间；

其中，所述电极包括设置在柔性衬底表面的微极板、设置在所述微极板表面的集流体层以及设置在所述集流体层表面的电极材料层，所述微极板包括分别具有第一螺旋结构、第二螺旋结构的第一微极板、第二微极板，所述第一螺旋结构、第二螺旋结构配合形成三维立体双螺旋状微纳结构。

进一步的，所述第一微极板、第二微极板的高度为10～50μm，宽度为5～20μm，螺旋圈数为10～50圈，且第一微极板与第二微极板之间的间距大于30μm而小于或等于100μm。

进一步的，所述集流体层直接形成于所述微极板的表面，并与所述微极板表面形成连续一体化界面结构。

进一步的，所述集流体层包括碳基材料导电薄膜，所述碳基材料导电薄膜具有连续互联结构。

进一步的，所述碳基材料导电薄膜的材质包括石墨烯、碳纳米管、导电碳黑、无定型碳的任意一种或两种以上的组合。

进一步的，所述碳基材料导电薄膜的厚度为2～10μm。

进一步的，所述电极材料层包括金属元素掺杂的Ni基层状双金属氢氧化物纳米片阵列。