[发明专利]一种平面电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种平面电极及其制备方法和应用，所述平面电极的制备方法包括如下步骤：采用激光热熔法在微孔滤膜上形成电极图案；将导电材料沉积在所述电极图案上，形成图案化电极材料层；将所述图案化电极材料层转印到基底上，得到平面电极。本发明的平面电极结形状可控，易于实现多组微型超级电容器的串并联，满足为微型柔性多功能电子设备供能的需求，且制备过程迅速、制备条件简易。

技术领域

本发明涉及电容器技术领域，尤其涉及一种平面电极及其制备方法和应用。

背景技术

便携式、微型化、高度集成化的柔性电子产品的发展，极大地促进了微型储能器件的开发与应用。平面型微超级电容器作为一种新兴的微型储能单元逐渐成为了研究的热点。相较于微型电池，微型超级电容器因其超快的充放电速率、超高的功率密度、超长的循环寿命以及更低的制造成本，在工业化应用中展现出更加广阔的前景。

近年来，国内外诸多学者在微型超级电容器的研究与开发方面做出了许多贡献。例如，Li等人采用光刻蚀法制备了一种能驱动石墨烯压力传感器的高性能柔性NiFe₂O₄纳米纤维基超级电容器。然而，光刻法的工艺复杂繁琐，且所需设备昂贵。因此，无法实现低成本大规模的产业化应用。Xiao等人利用掩模辅助的抽滤工艺制备了一种平面叉指状的微型超级电容器。该超级电容器展现出优异的柔性以及易于实现各种串并联接。但是，掩模辅助抽滤法制备电极的结构兼容性不强，制备不同结构的电极往往需要制备出相应的掩模版。

因此，有必要开发一种便捷、高效、低成本、易扩展的工艺方法来制备性能优良的平面型微超级电容器，以此，推动微型超级电容器的大批量产业化应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种平面电极及其制备方法，不需要使用掩模版，结构可控、容易调整。

同时本发明还提供该平面电极的应用。

具体地，本发明的第一方面是提供一种平面电极的制备方法，包括如下步骤：

采用激光热熔法在微孔滤膜上形成电极图案；

将导电材料沉积在所述电极图案上，形成图案化电极材料层；

将所述图案化电极材料层转印到基底上，得到平面电极。

根据本发明第一方面的平面电极制备方法，至少具有如下有益效果：

本发明采用激光热熔法在微孔滤膜上进行图案化，微孔滤膜中被激光照射的纤维受热熔化并原位冷却堆积，形成不亲水的、无微孔的熔化堆积层，熔化堆积层形成电极图案的边缘。导电材料沉积在熔化堆积层包围形成的亲水微孔区域，从而形成图案化电极材料层。在整个过程中不需要使用任何掩模版，而且图案可以随意控制，容易调整。

在本发明的一些实施方式中，所述激光热熔法的参数为：激光波长范围为248nm～10.6μm；激光功率为0.1～10W；激光距微孔滤膜的距离为5～100mm；激光扫描速度为10～80mm/s；激光扫描时间为0.1～10min。

在本发明的一些实施方式中，所述微孔滤膜中微孔的孔径为0.1～10μm。所述微孔滤膜的面积为2～100cm²，滤膜面积可根据实际需要调整为其他大小。所述微孔滤膜包括聚丙烯滤膜、聚酰胺(尼龙)滤膜、聚醚砜滤膜、聚四氟乙烯滤膜、聚偏氟乙烯滤膜、醋酸纤维素滤膜、混合纤维素酯滤膜和玻璃纤维滤膜中的任意一种或多种。在实际操作中，可将微孔滤膜置于加工基底上，然后采用激光热熔法形成电极图案，所述加工基底包括玻璃片、亚克力板、硅片、不锈钢片或陶瓷片。

在本发明的一些实施方式中，所述导电材料可采用通用的导电材料，优选地，所述导电材料含有还原氧化石墨烯。还原氧化石墨烯作为电极材料。