[发明专利]一种全固态电储能器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全固态电储能器件的制备方法。

背景技术

随着近年来微电子技术的飞速发展和便携式电子产品的大量普及，储能材料如电池和电容器的需求与日俱增。同时，电子产品的日益小型化、轻量化及功能集成化对储能材料的性能也提出了越来越高的应用要求。在强大的社会发展需求推动下，各国都制定了能源科技发展战略，大力开发新型储能设备，基于新构思、新材新技术的新体系不断涌现。因此，开发一种既有较高的能量密度，又具有大的功率密度的储能器件对于储能具有重要的意义，有助于提高能源的利用效率。专利(申请号：201210376840.9)发明了一种全固态电储能器件，具有功率密度高、充电时间短、能量密度大、充放电循环寿命长等优点，它能有效的解决目前两种主要的储能材料的缺点，即超级电容器能量密度过低、电池功率密度过低的问题。

材料的纯度会影响这种器件工作特性和稳定性，尤其对于正电荷存储材料、电子存储材料。材料中的杂质很容易形成陷阱态，进而形成内部的电场阻挡后续电荷的注入与迁移。目前常用的提纯方法很多，如色谱法、真空生化法、区域提纯法等等。提高纯度固然能改善器件的性能，但材料自身的性能对器件性能的影响仍然是至关重要的。由于有机半导体中并没有延续的能带，只有去定域化(delocalized)的π电子，虽然相对比较自由，但也只被局限在分子之内。在电场的驱动下，电子在被激发或被注入至分子的LUMO能阶后，经由跳跃至另一分子的LUMO能阶来达到电荷在材料中迁移的目的。由此，可以通过在电荷存储材料中掺入一些材料，用以提高电荷在其中的迁移能力，其结果势必能有效的提高器件的工作性能。

发明内容

本发明旨在制备具有优异充放电性能和稳定性的全固态电储能器件。本发明将通用的正电荷存储材料掺杂氧化剂。由于这些氧化剂可以造成p型掺杂效果，使得能带弯曲(band bending)，电荷在材料中迁移的难度降低，因此能提高器件的工作性能，进一步拓展这种储能器件在能源存储方面的应用。

本发明的全固态电储能器件主要由电极、电荷存储材料、绝缘材料组成。其中电荷存储材料用绝缘材料隔开，形成电荷存储材料/绝缘材料/电荷存储材料的夹心结构。

本发明中一种制备全固态电储能器件的方法，包括以下步骤：

(1)制备负极。电极为金属铝或其合金；金属铜或其合金；

(2)制备电子存储材料。在步骤(1)制得的电极表面，采用真空蒸镀技术制备一层厚度为50nm～5μm的联苯醌、噻咯中的一种或几种的混合物；

(3)制备绝缘材料。在步骤(2)制得的电子存储材料层表面旋涂一层厚度100nm～5μm的二氧化硅和聚酰亚胺中的一种或两种的混合物；

(4)制备正电荷存储材料。在步骤(3)制得的绝缘材料层表面旋涂一层复合物，旋涂所用复合物溶液为二胺联苯(NPB)及其衍生物、三芳胺(TPD)及其衍生物、分子量为300～100000聚酚噻嗪类、聚对苯撑乙烯类、聚乙烯咔唑类聚合物中的一种或几种与掺杂剂一定配比组成的溶液；

所述掺杂剂为SbCl₅、I₂、FeCl₃、2，3，5，6-四氟-7，7′，8，8′-四氰二甲基对苯醌(F4-TCNQ)以及三(4-溴苯基)六氯锑酸铵(TBAHA)一种或几种的混合物；

所述掺杂剂占复合物总物质的量百分比为0.02％～50％；

所述的溶剂为氯仿、二氯甲烷、溴乙烷、甲苯、己烷中的一种或几种的混合物；

所述复合物溶液的质量百分比浓度为1～20％；

所述的正电荷存储材料层厚度为200nm～15μm；

(5)制备正极。在步骤(4)制得的器件经干燥固化后，在正电荷存储材料层表面真空蒸镀一层100nm厚的金属铝或金属铜，即得到本发明所述的全固态电储能器件。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)正电荷在经过掺杂的正电荷存储材料中具有较高的迁移速率，有利于提高充电时间和放电稳定性；

(2)经过掺杂的正电荷存储材料可以有效降低充/放电过程中的内电阻，减少能量损耗，提高能量利用效率和器件的热稳定性；

(3)掺杂后材料内阻降低，放电过程中释放的热能减少，因而正电荷存储材料层可以适当增厚(可以达到15μm)，从而降低制备工艺难度，同时提高储能容量。

具体实施方式

实施例1