[发明专利]柔性平面微型储能器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种储能体系器件，特别涉及一种柔性平面微型储能器件及其制备方法，属于储能器件技术领域。一种柔性平面微型储能器件的制备方法，该储能器件包括导电基底、活性材料、凝胶电解质和封装材料，该方法包括以下步骤（1）印花用导电糊料和电极水性糊料的制备，（2）印花和精准对花，（3）在叉指图案上涂覆凝胶电解质，对得到的储能器件进行封装，得到密封的平面叉指型微型储能器件产品。本发明实现了平面微型储能器件的机械柔性、物理导电性和电化学性能的全方位提升，对柔性、可穿戴电子设备的扩展性发展和生产具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种储能体系器件，特别涉及一种柔性平面微型储能器件及其制备方法，属于储能器件技术领域。

背景技术

移动互联网技术快速发展推动了便携式个人电子产品的不断进步和智能手机、笔记本电脑、平板电脑的快速更新换代。储能器件由于体积大、质量重，应用领域受到了相应的限制，已无法满足人们的基本需求，未来这些电子产品必将朝着小型化、柔性化、集成化和智能化方向发展。微型储能器件正是因其微型化、平面化、多功能化和可集成化的特点，近年来受到了广泛关注。新一代微型化、柔性、可穿戴电子产品的发展极大的刺激了人们与之相匹配的新概念、高集成性、优异柔性微型储能器件，尤其是平面化柔性微型储能器件的迫切需求。平面化柔性微型储能器件，具有高度集成一体化的特点，克服了三明治构型电池体积大、机械柔性差、弯曲状态下界面易分离等缺点，是非常具有发展前景的一类新型可穿戴电子器件功能源。但是，一方面，当前的许多用于平面化柔性微型储能器件领域的制备方法，如光刻、等离子体蚀刻、激光技术、电化学沉积技术等，仍难以实现集成化或者集成工序过于复杂。

为了解决这一问题，可将低成本、简单高效、规模化的丝网印花技术应用于平面微型储能器件的制造。丝网印花技术工艺技术成熟，应用范围广泛，而且成本低、可靠性好、产量高，非常适合于宏量化制备平面微型储能器件。同时，为平面微型储能器件的串、并联方面提供了一个简单快捷的方法，可满足人们对平面柔性可穿戴储能器件的大多数需求。

另一方面，在平面微型储能器件的制备过程中，涉及到从电极材料、电解质、支撑衬底、包装材料和器件形状等因素的影响，其直接影响器件的性能，因此需要进行材料的筛选和优化。虽然当前大量的复合材料被巧妙地设计用于高性能储能器件以提高其机械柔性，但复合材料的加入会降低器件整体的导电性，进而影响其电化学性能。平面微型储能器件(平面微型电池和平面微型超级电容器)作为柔性、可穿戴产品的一类仍然存在储能性能不佳等一系列的电化学问题。

液态金属作为新兴材料，近年来，由于其自身优异的金属特性(如：高的热传导性和良好的导电性)，优异的流动性、良好的柔性和低粘度特性引起了人们广泛的关注。但由于其优异的活泼性和大的表面张力，使它的表面极容易被氧化，且在液体中不具有好的分散稳定性。而从蚕丝中提取的天然高分子丝素蛋白，本身具有良好的机械性能和理化特性，如良好的柔性、抗拉伸性、透气透湿性和生物相容性等。且经过不同处理可以得到不同的形态，如纤维、溶液、粉末、薄膜以及凝胶等，可将其作为新功能材料开发并进行综合利用。进一步我们发现，由于丝素蛋白是含亲水性基团较多的中长链大分子，对金属离子具有很好的吸附螯合作用，将其在水溶液中用于分散包覆液态金属，超声辅助可有效降低液态金属液滴粒径，提高其分散稳定性。再以丝网印花的方式构建叉指型图案的柔性平面微型电池/平面微型超级电容器。这种材料与技术共同优化的制备工艺在平面、柔性、可穿戴、集成化电子器件领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明提供一种柔性平面微型储能器件，其机械柔性、物理导电性和电化学性能得到全方位提升。

本发明还提供一种所述柔性平面微型储能器件的制备方法，该方法具有简单方便，在赋予器件平面性、柔性的同时，还可轻松实现串、并联，赋予储能器件优异的集成性和扩展性的优点。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种柔性平面微型储能器件的制备方法，该储能器件包括导电基底、活性材料、凝胶电解质和封装材料，该方法包括以下步骤：