[发明专利]一种在聚合物基底上制备集成化平面型超级电容器的方法

权利要求书

1.一种在聚合物基底上制备集成化的平面型超级电容器的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)使用激光按照预先设计的图案对聚合物基底进行刻写，通过激光对聚合物的高温碳化作用得到碳化产物，一步实现电极、集流体和连接体的图案化制备；

(2)在电极材料部分涂覆电解液、连接体部分留空，制备出集成化平面型超级电容器；

(3)在聚合物基底上制备的集成化平面型超级电容器结构为串联或并联或串联与并联的结合，根据设计结构的不同，可以调节集成化平面型超级电容器的输出电压和电流。

2.按照权利要求1所述的集成化平面型超级电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的激光为紫外激光、可见激光、红外激光中的一种或两种以上，激光的波长范围在100～300000nm，激光的功率范围在0.01～100W，激光的刻写速度在0.1～100mm/s，激光的刻写精度在1～10000μm。

3.按照权利要求1所述的集成化平面型超级电容器的制备方法，其特征在于：所述预先设计的图案包括单个超级电容器的电极图案和超级电容器间导电连接体的图案，其中单个超级电容器的电极图案为线段形、条形、交叉指形、同心圆形、折叠形中的一种或两种以上，导电连接体图案为线段形、折线形、曲线形中的一种或两种以上。

4.按照权利要求1所述的集成化平面型超级电容器的制备方法，其特征在于：所述刻写得到图案与预先设计图案的形状和平面尺寸相同，每一电极或连接体分别具有一定的面积和厚度，其中厚度在100nm～200μm之间，单个电极的面积在10μm²～20cm²之间，一段导电连接体的面积在10μm²～10cm²之间。

5.按照权利要求1所述的集成化平面型超级电容器的制备方法，其特征在于：所述的聚合物基底为聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二酯，聚二甲基硅氧烷，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯中的一种或两种以上。

6.按照权利要求1所述的集成化平面型超级电容器的制备方法，其特征在于：所述的通过激光高温碳化作用得到的碳化产物为石墨烯，无定形碳中的一种或两种的组合，其中石墨烯的横向尺寸在100nm～100μm之间，层数在1～10层之间，石墨烯及无定形碳的比表面积在20～3000m²/g。

7.按照权利要求1所述的集成化平面型超级电容器的制备方法，其特征在于：所述集成化超级电容器的输出电压在1～100V之间可调，电流在1μA～100mA之间可调。

8.按照权利要求1所述的集成化平面型超级电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中电解液为硫酸溶液、磷酸溶液、氢氧化钾溶液、硫酸钠溶液、氯化锂溶液、硫酸/聚乙烯醇、磷酸/聚乙烯醇、氢氧化钾/聚乙烯醇、氯化锂/聚乙烯醇、硫酸钠/聚乙烯醇、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/聚偏氟乙烯，双三氟甲烷磺酰亚胺锂/聚偏氟乙烯等中的一种或两种以上。

9.一种采用权利要求1～8中任一方法制备的集成化平面型超级电容器，其特征在于：所述集成化平面型超级电容器通过多个单独平面型超级电容器串联、并联或串联和并联结合得到，多个单独平面型超级电容器之间设有连接体；所述单独平面型超级电容器包括不连续图案化的正极和负极；其中，n个超级电容器串联时分别将第1个的正极和第2个的负极、第2个的正极和第3个的负极、…、第n-1个的正极和第n个的负极通过导电连接体相连；n个超级电容器并联时将第1个到第n个超级电容器的正极通过导电连接体相连，负极也通过导电连接体相连；将由n个超级电容器串联、再将m组n个串联的超级电容器并联得到的集成化超级电容器定义为nS×mP；将由n个超级电容器并联、再将m组n个并联的超级电容器串联得到的集成化超级电容器定义为nP×mS；对于不相同的多个超级电容器A₁,A₂,…,A_n串联集成的器件，用S(A₁～A₂～…～A_n)表示；对于不相同的多个超级电容器A₁,A₂,…,A_n并联集成的器件，用P(A₁～A₂～…～A_n)表示，其中A_i(i＝1,2,…,n)可以为单个超级电容器或集成化的超级电容器，如S(1S×2P～2S×2P)，P(3S×2P～1S×1P)；

其中，n指串联时超级电容器的个数；m指并联时超级电容器的个数：S指串联；P指并联：An指单个或集成超级电容器。