[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

说明书

本发明公布了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，具体为采用激光刻写图案的方法，在聚合物基底上通过激光的高温碳化一步制备出电极材料、集流体、导电连接体等组分，构成集成化的超级电容器。所得的模块化超级电容器具有高的集成程度，能够作为柔性化、可穿戴的电子器件、非接触式芯片等的功率源，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明属于能源存储领域，具体涉及一种集成化平面型超级电容器及其制备方法。

背景技术

传统的超级电容器通常采用堆叠型结构，由集流体/正极/隔膜/负极/集流体依次堆叠而成。这种类型的超级电容器制备过程复杂，且多个界面的集中存在使其在弯曲过程中容易发生界面分离，不利于作为未来可穿戴、柔性电子器件的功率源，限制了其实际应用。针对这一问题，近年来电极、电解液、集流体和隔膜位于同一基底的新型平面型超级电容器引起了人们的广泛关注。这种类型的超级电容器将集流体、电极、电解液和隔膜都集成在同一基底上，大大缓解了弯曲过程中超级电容器多界面分离的问题，有利于超级电容器各部分的组合和可弯折超级电容器的制备。

目前，平面型超级电容器的制备方法有很多种，如打印、抽滤、光刻等，但制备所得的单个平面型超级电容器均存在电压、电流有限的问题。为满足不同应用场景的需求，在实际生产生活中人们通常还需借助导线连接的方法将多个超级电容器进行串联或并联集成来调整输出电压或电流，制备流程复杂，成本较高，且降低了集成化超级电容器的一体性，不利于其与其它电子元件的进一步集成。因此，设计和开发出一种简单、高效的一步实现集成化平面型超级电容器电极材料制备、单个电容器构建和多个电容器之间的串并联连接的方法，有利于提高效率、降低成本，推动超级电容器的大规模产业化应用。

基于此，本发明公布了一种集成化平面型超级电容器及其制备方法。采用激光刻写的方法，将聚合物基底进行高温碳化，并将碳化产物直接作为集成化超级电容器的集流体、电极材料和导电连接体，一步实现超级电容器电极材料的制备、单个超级电容器的构建和多个超级电容器的串并联集成。所得的器件具有高度的集成性和出色的柔性，且可以实现规模化生产，能够有效与柔性可穿戴电子产品集成，具有广阔的市场应用前景。

发明内容

本发明的目的在于采用一步法实现超级电容器电极材料的制备、单个超级电容器的构建和多个超级电容器的串并联集成，获得高度集成性的平面型柔性超级电容器，以满足可穿戴电子设备对功率源的需求。

为达到上述目的，本发明提供了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，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。

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，优选范围在300～100000nm；

激光的功率范围在0.01～100W，优选范围在0.1～10W；

激光的刻写速度在0.1～100mm/s，优选范围在1～20mm/s；

激光的刻写精度在1～10000μm，优选范围在10～500μm。

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。