[发明专利]一种3D打印技术制备叉指状芯片式微型超级电容器的方法

说明书

本发明公开了一种3D打印技术制备叉指状芯片式微型超级电容器的方法。其步骤：1)利用建模软件，设计叉指状芯片式电极图案；2)以高分子丝材为原料，利用3D打印技术，打印出叉指状芯片式电极凹模具，由底板和凹槽构成的叉指状芯片式电极图案两部分组成；3)在凹槽中通过滴涂工艺依次沉积银集流体、电极活性物质和银集流体，得到叉指状电极；4)在叉指状电极叉指部分涂抹电解质，电极两端连接铜片，过塑封装，制成叉指状芯片式微型超级电容器。该方法工艺简单，制作精度高，成本低，可自行设计电极图案，所得微型超级电容器的电极活性物质单位面积负载量大，微电容器能量密度高，同时具有优良的拉伸性能，适于大规模生产。

技术领域

本发明属于微型超级电容器技术领域，具体涉及一种3D打印技术制备叉指状芯片式微型超级电容器的方法。

背景技术

近年来，随着微型电子技术的高速发展，可穿戴式，小型化，高度集成化等一系列新型电子产品开始出现，因此这些新兴电子产品的储供能问题成为了一个亟待解决的问题。而新型微型柔性超级电容器具有可集成、功率密度高、充放电速度快、储能过程可逆、安全环保等优点，成为近年来新兴微储能设备的研究热点。而微型超级电容器由集流体、电极材料、隔离器和电解质组成，但是有微电容器电极活性材料的机械性能不够理想，需要具有一定的机械性能且具有柔性的材料作为承载电极活性材料的基底。因此选择储能效率高，稳定性好，生产工艺简单，制造成本低廉的电容器电极基底成为如今超级电容器研究的热点之一。

平面叉指状的电极参数主要有叉指的宽度和间距。叉指间的距离越小，离子扩散的距离就越短，越有利于降低内阻，能够有效的提高构建器件的能量密度。因此，提高叉指电极的宽度与间距比值能够有效的提高其电化学性能。由于微超级电容器的离子能够在水平方向上传输，在单位面积不变的情况下增加电极活性物质垂直厚度可以增强微电容器能量密度，因此，如何寻找一种简单方法增加电极活性物质的厚度进而改善电极的能量密度为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印技术制备叉指状芯片式微型超级电容器的方法。该方法工艺简单，制作精度高，成本低，可自行设计电极图案；所得微型超级电容器的电极活性物质单位面积负载量大，微电容器能量密度高，同时具有优良的拉伸性能，适于大规模生产。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

提供一种3D打印技术制备叉指状芯片式微型超级电容器的方法，包括以下步骤：

1)利用建模软件，设计叉指状芯片式电极图案；

2)以高分子丝材为原料，利用3D打印技术，打印出叉指状芯片式电极凹模具，所述叉指状芯片式电极凹模具由底板和凹槽构成的叉指状芯片式电极图案两部分组成；

3)在步骤2)所得叉指状芯片式电极凹模具的凹槽中通过滴涂工艺依次沉积银集流体、电极活性物质和银集流体，得到叉指状电极；

4)在步骤3)所得叉指状电极叉指部分涂抹电解质，电极两端连接铜片，过塑封装，制成叉指状芯片式微型超级电容器器件。

按上述方案，所述步骤(2)中，凹槽深度为0.3-0.6mm。

按上述方案，所述步骤(1)中，电极图案可在底板尺寸范围内自由设计。

按上述方案，所述步骤(2)中，高分子丝材为聚乳酸(PLA)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)或聚己内酯(PCL)。

按上述方案，所述步骤(2)中，高分子丝材线粗1.6mm至1.9mm。

按上述方案，所述步骤(2)中，打印层高为0.1mm，打印精度为0.1mm，填充类型为网格，填充密度为100％，打印温度为150℃。