[发明专利]一种混合式微型超级电容器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于MEMS技术范围，特别涉及一种混合式微型超级电容器及其制造方法。

背景技术

电子产品小型化、微型化、集成化是当今世界技术发展的大势所趋。微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems简称MEMS)具有移动性、自控性、集成化等特点，是近年来最重要的技术创新之一。当一个子系统可以集成在一块芯片上时，电源也必须完成小型化、微型化的革命。MEMS微能源系统是指基于MEMS技术，将一个或多个电能供给装置集成为一个特征尺寸为微米级、外形尺寸为厘米级的微系统，能实现长时间、高效能、多模式供电，特别适用于传统电源无法应用的某些特殊环境。性能优异的微型能源对MEMS系统的发展和完善就具有特殊的意义。目前国外该领域的专利主要集中在微型锂离子电池、微型锌镍电池等领域，如美国oak ridge国家实验室有关微型锂离子电池的专利(US.5567210)以及美国Bipolar technologies公司的有关微型锌镍电池的专利(US.6610440BS)。上述相关专利技术所涉及到的微能源器件中的制备方法都是通过各种方法制备尺度微小的电极，受到电极面积有限等因素的限制，所制备微型能源器件内阻、容量等指标不能满足器件需求，严重制约了微型能源器件的应用。与微型电池相比，微型超级电容器要求具有更低的内阻以满足其瞬时大功率放电能力。而到目前为止，针对如何有效降低微型超级电容器的内阻，尚未提出有效的解决方案。另外，基于碱性电解液及相同结构活性碳正负电极的微型超级电容器单元工作电压不超过1V，到目前为止，针对如何提高微型超级电容器的单元工作电压，也未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对相关技术中微型超级电容器内阻偏高，单元工作电压局限于1V，无法满足器件储能要求而提出一种混合式微型超级电容器结构及其制造方法。

一种混合式微型超级电容器的结构，其特征在于，所述微型超级电容器由两片聚酰亚胺基体1之间，按竖直方向从上至下排列正极2、隔离体4及负极3，组成一个单元；多个单元相互连接卷绕成圆柱体，镍封盖5分别盖在圆柱体两端，上述正极2、负极3及隔离体4中浸渍了碱性电解液，正极2、负极3分别从两端引出，同时作为电极端子起到集流体的作用，金属镍封盖与电极的大面积接触可有效降低微型超级电容器电阻。

所述正极储能材料为氢氧化亚镍，导电材料为乙炔黑，粘合剂为聚四氟乙烯。负极储能材料为活性碳，导电材料为乙炔黑，粘合剂为聚四氟乙烯。正极与负极采用不同材料组成混合式超级电容器可以将单元电压提高至1.4V。

所述隔离体为多孔结构，其成分为聚四氟乙烯。

所述正极、负极及隔离体中浸渍了碱性电解液，电解液溶质成分为氢氧化钾，溶剂成分为水，浓度范围4-6.5mol/L。

一种混合式微型超级电容器的制造方法，其特征在于，首先正极及负极储能材料的浆料采用丝网印刷法制备在聚酰亚胺基体表面，形成正极及负极阵列，在正极及负极间涂制隔离体，浸渍碱性电解液，将聚酰亚胺基体覆盖在上表面，然后采用裁切的方法将上述结构分割成为一个一个的单元，分切过程中正极及负极分别被分成相等两部分，并分别属于不同单元，形成在两片聚酰亚胺支撑体之间，按正极、隔离体及负极排列，各单元按相同方向连接并卷绕成为硬币状结构，币状结构两侧沉积金属镍封壳以完成电容器封装。

所述正极采用氢氧化亚镍作储能材料，包括传统镍氢电池及镍镉电池正极所采用的球形氢氧化亚镍，制备方法为如下：将1.7mol/L的硫酸镍NiSO₄、0.048mol/L的硫酸钴CoSO₄、0.086mol/L的硫酸锌ZnSO₄、9mol/L的氢氧化钠NaOH和13mol/L的氨水混合，流加入反应器中，保持45-65℃和PH值9-11，并同时强力搅拌，合成绿色沉淀物，后经陈化、水洗、烘干得粉末状氢氧化亚镍。

所述负极以活性碳为储能材料，具有高比表面积及低杂质含量等特性的活性碳可选作负极材料，其比表面积应大于1500m²/g，材料中碳含量(质量比)为98％以上。