[发明专利]一种具有三维储能结构的纸基电容器激光雕刻制备方法

权利要求书

1.一种具有三维储能结构的纸基电容器激光雕刻制备方法，其特征是：具体制备步骤如下：

步骤一、纸质三维导电基片的制备

配制电极材料浆料，采用双面真空抽滤或浸渍方法，使电极材料浆料渗入多孔柔性纸质基底内部同时附着于表面，然后在25-100℃真空炉中进行干燥处理5-30小时，形成纸质三维导电基片；

步骤二、三维电极阵列的激光雕刻制备

利用电脑软件设计所需的三维电极阵列构型，在纸质导电基片上进行激光图案雕刻，激光扫描过程中，激光器功率为1-30瓦，激光扫描速率100-10000毫米/秒，并且在纸质基底上滴加去离子水或蒸馏水以降低温度；进行反复循环扫描，直到激光扫描位置纸质基体内的电极材料被碳化或氧化除去，而纸质基底得到保留，从而得到三维电极阵列构型；

步骤三、电解质的双面涂覆以及具有三维储能结构纸基电容器的形成

配制水凝胶电解质，然后在制备好的三维电极阵列构型正反两面涂敷水凝胶电解质，促进水凝胶电解质在纸质基底内的渗透，最后在空气中25-50℃下进行干燥5-30小时，获得具有三维储能结构的纸基电容器。

2.根据权利要求1所述的一种具有三维储能结构的纸基电容器激光雕刻制备方法，其特征是：所述三维电极阵列构型包括叉指型电极结构以及其他异型电极结构，其中异型电极结构包括但不限于S型、L型、A型、H型电极结构，并且由于电极材料渗透在整个纸质基底内部，使得电极具有三维导电特性。

3.根据权利要求1所述的一种三维结构纸基电容器激光雕刻制备方法，其特征是：所述具有三维储能结构的纸基电容器包括单个具有三维储能结构的纸基电容器，也包括由多个具有三维储能结构的纸基电容器构成的串联结构、并联结构与串联-并联结构。

4.根据权利要求1所述的一种具有三维储能结构的纸基电容器激光雕刻制备方法，其特征是：所述电极材料的组成为：质量含量为40-95%的碳素材料粉体与过渡金属氧化物粉体或导电聚合物材料粉体构成的复合电极材料粉体；其中，所述碳素材料粉体为石墨烯、碳纳米棒、碳纳米管和活性碳中的一种或几种的混和粉体，过渡金属氧化物粉体为氧化钒、氧化钴、氧化锰、氧化镍或氧化铁粉体，导电聚合物材料粉体为聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩粉体。

5.根据权利要求1所述的一种具有三维储能结构的纸基电容器激光雕刻制备方法，其特征是：所述电极材料浆料的配制步骤为：将复合电极材料粉体分散于溶剂中，置于冰浴中超声振荡30-90分钟，然后将分散液置于室温下静置5-24小时，最后提取均匀稳定的上清液作为电极材料浆料；其中，溶剂为二甲基甲酰胺、乙醇、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、去离子水、异丙醇中的一种或几种的混合溶剂。

6.根据权利要求1所述的一种具有三维储能结构的纸基电容器激光雕刻制备方法，其特征是：所述水凝胶电解质的组成为：去离子水、包含羧甲基纤维素、聚乙烯醇或聚氧化乙烯的有机高分子材料与包含磷酸、硫酸、硫酸钠、氢氧化钾、硫酸锂或高氯酸锂的无机物，所述去离子水：有机高分子材料：无机物的质量比为8-16：1-3：1；将以上配比的混合物在60-100℃水浴中进行磁力搅拌，直至溶液变得澄清透明，得到水凝胶电解质。