CN105280395A - 复合电极材料及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了复合电极材料及其用途，其中，复合电极材料包括：炭基活性材料；和固态电解质材料，所述固态电解质材料包括导离子的基质和用于提供电解质阴离子和电解质阳离子的离子化合物。该复合电极材料，直接将炭基活性材料与固体电解质材料混合，在电极中形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，也避免了固体电解质材料难于渗透而引起的电极厚度小的问题。

Description

复合电极材料及其用途

技术领域

本发明涉及微能源和微机械加工领域，具体地，涉及一种复合电极材料及其用途，更具体地，涉及复合电极材料、电极、超级电容和制备超级电容的方法。

背景技术

超级电容(Super-capacitor，Ultra-capacitor，Electrochemicalcapacitor)是一种电能存储器件，具有远高于二次电池的充放电功率和循环寿命。其储能机理包括基于碳材料的双电层效应(Electricdoublelayereffect)和基于金属氧化物或者导电聚合物的伪电容效应。微型超级电容常作为微电池的补充以实现微能源的管理，或者作为电源为微系统供电。随着各种电子系统的微型化和高度集成化，微型储能器件需要在有限芯片面积上获得尽可能高的储能密度，为此，储能器件需要垂直于芯片面积的第三维方向延伸而形成三维电极结构，从而实现单位芯片面积上更多活性材料的上载。目前人们在三维电极结构方面进行了大量研究工作，例如基于三维聚吡咯电极结构的微型超级电容器，实现了单位面积上较高的电容量；采用化学气相沉积的方法在硅基上制备了厚的碳纳米管森林，实现了超级电容的三维电极结构，并通过电化学沉积的方法在三维碳纳米管森林内部生长镍纳米颗粒，进一步提高了器件单位面积上的储能密度采用微加工工艺在硅片上制备了高深宽比沟槽，并通过向沟槽中填充活性碳复合材料的方法得到了三维的微型电极，得到了很高的容量。

虽然这些器件都展示了单位面积上较高的容量，但是这些器件均采用液态电解质，因为液态电解质良好的流动性，可以有效渗透到厚的电极内部。然而液态电解质的使用可能会带来电解质泄露、电极间短路的危险，因此大多数应用场合，人们多采用固态电解质，特别是在可穿戴、便携式电子系统中。然而固态电解质在厚的三维电极中的充分渗透问题限制了三维电极结构在全固态储能器件中的应用。

由此，基于固态电解质的电容有待研究。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合电极材料，利用该复合电极材料制备的超级电容，有效地解决了固态电解质难于渗透至电极内部的问题，超级电容的电极层的厚度大，储能密度高。

因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种复合电极材料。根据本发明的实施例，该复合电极材料包括：炭基活性材料；和固态电解质材料，所述固态电解质材料包括导离子的基质和用于提供电解质阴离子和电解质阳离子的离子化合物。

根据本发明实施例的复合电极材料，直接将炭基活性材料与固体电解质材料混合，在电极中形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，也避免了固体电解质材料难于渗透而引起的电极厚度小的问题。

另外，根据本发明上述实施例的复合电极材料还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述导离子的基质和所述离子化合物的质量比为(1-2)：1。

根据本发明的实施例，所述导离子的基质为选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯和梳形聚醚的至少一种。

根据本发明的实施例，所述离子化合物为选自磷酸、硫酸、硫酸钠、硫酸钾、氯化钾、氢氧化钾、氢氧化钠的至少一种。

根据本发明的实施例，所述炭基活性材料为选自活性炭、碳黑、石墨稀、多孔碳和碳纳米管的至少一种。

根据本发明的实施例，所述炭基活性材料的质量分数为(60-90)％。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种电极。根据本发明的实施例，所述电极是由前述的复合电极材料形成的。

根据本发明实施例的电极，不仅含有常规的电极材料炭基活性材料，还含有固体电解质材料，该电极的炭基活性材料和固体电解质材料形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，也避免了固态电解质难于渗透而引起的电极厚度小的问题。由此，本发明实施例的电极，电极厚度大，储能密度高。

根据本发明的实施例，所述电极的厚度为200-300微米。

根据本发明的又一方面，本发明提供了一种超级电容。根据本发明的实施例，该超级电容包括：前述的电极。

根据本发明实施例的超级电容，其电极不仅含有常规的电极材料，炭基活性材料，还含有固体电解质材料，电极炭基活性材料和固态电解质形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，有效地解决了高粘稠度的固态电解质难于渗透而引起的电极厚度小的问题。由此，电极厚度大，储能密度高，进而，超级电容的电容容量大，能量密度和功率密度高，电容性更佳。

根据本发明的再一方面，本发明提供了一种制备超级电容的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：形成衬底层；在所述衬底层的部分上表面形成集流层；在所述集流层的部分上表面形成复合电极层，所述复合电极层包括炭基活性材料和固态电解质材料，其中，所述固态电解质材料包括导离子的基质和用于提供电解质阴离子和电解质阳离子的离子化合物；以及形成固态电解质层，以便覆盖所述衬底层、所述集流层和所述复合电极层的至少部分上表面，获得所述超级电容。

根据本发明的实施例，利用该方法制备的超级电容，其电极不仅含有常规的电极材料炭基活性材料，还含有固态电解质，电极的炭基活性材料和固态电解质形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，也避免了固态电解质难于渗透而引起的电极厚度小的问题。由此，电极厚度大，储能密度高，进而，超级电容的电容性更佳。

根据本发明的实施例，该方法包括：在硅片上形成薄膜，以便获得所述衬底层；在所述衬底层的上表面形成金属层，并对所述金属层进行光刻处理，以便获得具有第一预定图案的集流层；通过沉积光刻胶，在所述衬底层上形成具有第二预定图案的隔膜层，所述隔膜层与所述集流层交叉设置，其中，所述隔膜层的厚度大于所述集流层的厚度，以便形成叉指形沟槽；从所述衬底层上分离所述硅片；在所述叉指形沟槽中填充所述炭基活性材料和所述固态电解质材料，以便在所述集流层的部分上表面形成所述复合电极层；以及通过施加固态电解质溶液并使所述固态电解质溶液固化，以便形成所述固态电解质层，获得所述超级电容器，其中，所述固态电解质溶液含有所述固态电解质材料。

根据本发明的实施例，所述填充所述炭基活性材料和所述固态电解质材料是通过以下步骤进行的：将固态电解质材料溶解，以便得到所述固态电解质溶液；炭基活性材料与所述固态电解质溶液混合并超声，以便得到复合电极材料混悬液；以及在所述叉指形沟槽内注入所述复合电极材料混悬液，挥发所述复合电极材料混悬液的溶剂，以便在所述集流层的部分上表面形成所述复合电极层。

根据本发明的实施例，所述填充所述炭基活性材料和所述固态电解质材料是通过以下步骤进行的：利用炭基活性材料在所述叉指形沟槽内形成具有微孔的碳电极层；以及将固态电解质材料注入至所述碳电极层的所述微孔中，以便形成复合电极层。

根据本发明的实施例，所述电极层的厚度为200-300微米。

根据本发明的实施例，所述导离子的基质和所述离子化合物的质量比为(1-2)：1，

根据本发明的实施例，所述导离子的基质为选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯和梳形聚醚的至少一种。

根据本发明的实施例，所述离子化合物为选自磷酸、硫酸、硫酸钠、硫酸钾、氯化钾、氢氧化钾、氢氧化钠的至少一种。

根据本发明的实施例，所述炭基活性材料为选自活性炭、碳黑、石墨稀、多孔碳和碳纳米管的至少一种。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例的复合电极材料的结构示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的制备超级电容的方法的流程示意图；

图3显示了根据本发明一个实施例的制备超级电容的方法的流程示意图；

图4显示了根据本发明一个实施例的制备超级电容的方法的流程示意图；

图5显示了根据本发明一个实施例的制备超级电容的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种复合电极材料。参考图1，根据本发明的实施例，该复合电极材料包括：炭基活性材料100和固态电解质材料200，其中，固态电解质材料包括导离子的基质210和用于提供电解质阴离子和电解质阳离子的离子化合物220。

根据本发明实施例的复合电极材料，不仅含有常规的电极材料，炭基活性材料，还含有固态电解质，其中，固体电解质材料不仅作为粘结剂，将电极电化学活性材料粘结在一起，形成一个机械稳定的结构，而且与炭基活性材料共同在电极中形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，也避免了高粘稠度的固态电解质难于渗透而引起的电极厚度小的问题。由此，电极厚度大，储能密度高，进而，超级电容的电容容量大，能量密度和功率密度高，电容性更佳。

根据本发明的一些实施例，导离子的基质和离子化合物的质量比为(1-2)：1。由此，离子导通率高，功率密度高。

根据本发明的实施例，导离子的基质为选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯和梳形聚醚的至少一种。由此，离子导通速度快，功率性能好，同时形成的复合电极机械稳定性好。根据本发明的实施例，所述离子化合物为选自磷酸、硫酸、硫酸钠、硫酸钾、氯化钾、氢氧化钾、氢氧化钠的至少一种。由此，离子传输速度快，功率性能好。

根据本发明的实施例，炭基活性材料为选自活性炭、碳黑、石墨稀、多孔碳和碳纳米管的至少一种。由此，复合电极材料导电性性好，功率性能好，同时复合电极材料比表面积大，储能密度高。

根据本发明的实施例，炭基活性材料的质量分数为(60-90)％。由此，电极电导率高，电极稳定性好，功率性能好，循坏寿命长。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种电极。根据本发明的实施例，所述电极是由前述的复合电极材料形成的。

根据本发明实施例的电极，不仅含有常规的电极材料，炭基活性材料，还含有固态电解质，其中，固体电解质材料不仅作为粘结剂，将电极电化学活性材料粘结在一起，形成一个机械稳定的结构，而且与炭基活性材料共同在电极中形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，也避免了高粘稠度的固态电解质难于渗透而引起的电极厚度小的问题。由此，电极厚度大，储能密度高，进而，超级电容的电容容量大，能量密度和功率密度高，电容性更佳。

根据本发明的一些实施例，电极的厚度为200-300微米。由此，通过固体电解质材料与炭基活性材料在电极中形成离子导通通道，不仅省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，而且使电极层的厚度显著增加，比普通的电极层厚度增大了一个数量级。根据本发明的又一方面，本发明提供了一种超级电容。根据本发明的实施例，该超级电容包括：前述的电极。

根据本发明实施例的超级电容，其电极不仅含有常规的电极材料，炭基活性材料，还含有固态电解质，其中，固体电解质材料不仅作为粘结剂，将电极电化学活性材料粘结在一起，形成一个机械稳定的结构，而且与炭基活性材料共同在电极中形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，也避免了高粘稠度的固态电解质难于渗透而引起的电极厚度小的问题。由此，电极厚度大，储能密度高，进而，该超级电容的电容容量大，能量密度和功率密度高，电容性更佳。

根据本发明的再一方面，本发明提供了一种制备超级电容的方法。参考图2和3，根据本发明的实施例，对该方法进行解释说明，该方法包括：

S100形成衬底层

根据本发明的实施例，形成衬底层。其中，形成衬底层的方法不受特别的限制，只要该衬底层能对电容器的其它元件形成承托作用，实现电容器的功能即可。根据本发明的实施例，可以采用气相沉积法形成衬底层。

根据本发明的一些实施例，在硅片上形成薄膜，获得衬底层。由此，衬底层的厚度均匀，易于从硅片剥离，并且，硅片还可以重复利用。

S200在衬底层的部分上表面形成集流层

根据本发明的实施例，在衬底层的部分上表面形成集流层。根据本发明的一些实施例，在所述衬底层的上表面形成金属层，并对所述金属层进行光刻处理，获得具有第一预定图案的集流层，通过沉积光刻胶，在所述衬底层上形成具有第二预定图案的隔膜层，所述隔膜层与所述集流层交叉设置，结构如图3所示，其中，所述隔膜层的厚度大于所述集流层的厚度，以便形成叉指形沟槽，隔膜层一方面可以防止短路，另一方面可以为复合电极材料提供机械支撑。根据本发明的具体实施例，该隔膜层由光刻胶SU-8形成的。由此，利用光刻技术沉积形成的隔膜层厚度更大，从而，形成的叉指形沟槽深度大，便于填充大量电极材料，进而，电极层的厚度更大，储能密度也更大。

根据本发明的实施例，电极层的结构不受特别的限制，只要能够进行集流和储能即可。根据本发明的具体实施例，平面的电极结构。由此，电极层可向三维扩展，并可轻易地等比缩小或放大，同时，两电极的间距也可尽量缩小，从而尽量减小器件的内阻。

根据本发明的实施例，该集流层为金属集流层。优选地，该金属为Cr/Au。由此，超级电容器的串联电阻小，充放电性能好，电容性能更好。

S300在集流层的部分上表面形成复合电极层

根据本发明的实施例，在集流层的部分上表面形成复合电极层，该复合电极层包括炭基活性材料和固态电解质材料，其中，固态电解质材料包括导离子的基质和用于提供电解质阴离子和电解质阳离子的离子化合物。由此，固体电解质材料不仅作为粘结剂，将电极电化学活性材料粘结在一起，形成一个机械稳定的结构，而且与炭基活性材料共同在电极中形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，有效地解决了高粘稠度的固态电解质难于渗透而引起的电极厚度小的问题。

根据本发明的一些实施例，电极层的厚度为200-300微米。由此，通过固体电解质材料与炭基活性材料在电极中形成离子导通通道，不仅省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，而且使电极层的厚度显著增加，比普通的电极层厚度增大了一个数量级。

根据本发明的实施例，所述导离子的基质和所述离子化合物的质量比为(1-2)：1。由此，离子导通率高，功率密度高。

根据本发明的实施例，所述导离子的基质为选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯和梳形聚醚的至少一种。由此，离子导通速度快，功率性能好，同时形成的复合电极机械稳定性好。

根据本发明的实施例，所述离子化合物为选自磷酸、硫酸、硫酸钠、硫酸钾、氯化钾、氢氧化钾、氢氧化钠的至少一种。由此，离子传输速度快，功率性能好。

根据本发明的实施例，所述炭基活性材料为选自活性炭、碳黑、石墨稀、多孔碳和碳纳米管的至少一种。由此，复合电极材料导电性性好，功率性能好，同时复合电极材料比表面积大，储能密度高。

S400形成固态电解质层

根据本发明的实施例，形成固态电解质层，以便覆盖衬底层、集流层和复合电极层的至少部分上表面，获得超级电容。由此，在电极间形成离子导通通道。

根据本发明的实施例，在复合电极上方覆盖较高粘稠度的固体电解质溶液，待溶剂挥发后形成一定厚度的固体电解质膜。

根据本发明的一些实施例，制备超级电容的一般方法如下：

(1)在硅片上形成薄膜，获得衬底层；

(2)在衬底层的上表面形成金属层，并对金属层进行光刻处理，获得具有第一预定图案的集流层；

(3)通过沉积光刻胶，在衬底层上形成具有第二预定图案的隔膜层，该隔膜层与集流层交叉设置，其中，隔膜层的厚度大于集流层的厚度，形成叉指形沟槽；

(4)从衬底层上分离硅片；

(5)在叉指形沟槽中填充炭基活性材料和固态电解质材料，在所述集流层的部分上表面形成所述复合电极层，在复合电极层形成后，绝缘隔膜可以保留，也可以采用干法或湿法腐蚀的方法，将其去除；

(6)通过施加固态电解质溶液并使该固态电解质溶液固化，形成固态电解质层，获得超级电容器，其中，固态电解质溶液含有前述固态电解质材料。

根据本发明的一些实施例，根据制备复合电极层的方法不同，填充炭基活性材料和固态电解质材料主要有两种方法，下面结合制备超级电容的方法分别对这两种方法进行说明，具体如下：

(1)方法一：参考图4，根据本发明的实施例，复合电极材料的制备在复合电极层成型之前进行的，具体方法如下：

(a)在衬底层上形成集流层和隔膜层。

(b)在隔膜层形成的沟槽中填充电极复合材料悬浊液溶液，其中，制备电极复合材料悬浊液步骤如下：以炭基活性材料作为电极活性材料，以固态电解质材料作为粘结剂制备制备固态电解质溶液，其中，固体电解质由导离子的基质和用于提供电解质阴离子和电解质阳离子的离子化合物组成。将导离子的基质在相应的溶剂中(如氮甲基吡咯烷酮、水等)溶解，形成浓度为0.1-2％的溶液，加入提供电解质阴阳离子的离子化学物，搅拌均匀，形成电解质溶液，提供电解质阴阳离子的离子化学物的质量是导离子基质的质量的1-2倍。取炭基活性材料，加入上面制备的电解质溶液中，其中，溶液中炭基活性材料的质量分数为60-90wt％，将上述混合溶液超声1～2个小时，并磁力搅拌1～2个小时，获得电极复合材料的均匀悬浊液。

(c)在步骤(b)得到的电容结构上覆盖固体电解质溶液，待溶剂挥发后形成一定厚度的固体电解质膜，提供电极间的离子导通通道，获得超级电容。

(2)方法二：参考图5，根据本发明的实施例，形成复合电极层制备电容器可以通过以下步骤进行：

(a)利用炭基活性材料在叉指形沟槽内形成具有微孔的碳电极层，然后去除隔膜层；

(b)将固态电解质材料注入至碳电极层的微孔和去除隔膜层留下的空隙中，形成复合电极层，其中，可以在碳电极层的微孔内采用化学沉积或者电化学沉积等方法合成含有阴阳离子的聚合物，作为固体电解质材料，形成复合电极层。也可以通过高真空辅助、高压等物理方法将固体电解质溶液注入到碳电极层的微孔内，待溶剂挥发后，可重复注入过程，形成离子导通网络，得到复合电极层；

(c)在步骤(b)得到的电容结构上覆盖固体电解质溶液，待溶剂挥发后形成一定厚度的固体电解质膜，提供电极间的离子导通通道，获得超级电容。

根据本发明的实施例，利用该方法制备的超级电容，其电极不仅含有常规的电极材料炭基活性材料，还含有固态电解质，固体电解质材料不仅作为粘结剂，将电极电化学活性材料粘结在一起，形成一个机械稳定的结构，而且与炭基活性材料共同在电极中形成了离子导通通道，省去了通常的电解质渗透进入电极中形成电极的离子导通通道过程，也避免了固态电解质难于渗透而引起的电极厚度小的问题。由此，电极厚度大，储能密度高，进而，超级电容的电容容量大，能量密度和功率密度高，电容性更佳。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本实施例中，以活性炭为电极活性材料，以磷酸为提供电解质阴阳离子的离子化合物，以PVA(聚乙烯醇)为导离子基质，具体制备流程如下：

(1)在硅片上形成衬底层，采用低压气相沉积(LPCVD)方法在硅片上沉积厚度约为100纳米的氮化硅薄膜。

(2)在衬底层上进行光刻，然后在其上蒸镀Cr/Au金属集流层，集流层的厚度为100纳米，之后进行剥离，去除多余的金属层；

(3)利用光刻胶SU-8，通过微加工技术中光刻方式直接实现具有叉指形沟槽结构的隔膜层，该隔膜层的厚度为300微米；

(4)往沟槽中填充电极复合材料的均匀悬浊液，其中，制备电极复合材料的均匀悬浊液的步骤如下：以活性炭作为电极活性材料，以固态电解质材料作为粘结剂制备制备固态电解质溶液，其中，固体电解质材料由PVA和磷酸组成。将PVA在等离子水中溶解，形成浓度为1％的溶液，加入磷酸溶液，搅拌均匀，形成电解质溶液，其中，磷酸的质量是PVA质量的1倍。取活性炭，加入上面制备的电解质溶液中，其中，溶液中活性炭的质量分数为60wt％，将上述混合溶液超声1个小时，并磁力搅拌1个小时，获得电极复合材料的均匀悬浊液。

(5)步骤(4)获得的填充电极复合材料的均匀悬浊液中的溶剂在室温下挥发以后，重复填充过程，直到达到预先设定的厚度300微米，形成复合电极层；

(6)利用PVA-H₃PO₄电解液形成固态电解质层，将配置好的PVA-H₃PO₄电解液滴加在电极材料上，待其凝固后完成单元封装，获得超级电容。

实施例2

本实施例中，以石墨烯为电极活性材料，以硫酸为提供电解质阴阳离子的离子化合物，以PEO(聚氧化乙烯)为导离子基质，具体制备流程如下：

(1)在硅片上形成衬底层，采用低压气相沉积(LPCVD)方法在硅片上沉积厚度约为100纳米的氮化硅薄膜；

(2)在衬底层上进行光刻，然后在其上蒸镀Cr/Au金属集流层，集流层的厚度为100纳米，之后进行剥离，去除多余的金属层；

(3)利用光刻胶SU-8，通过微加工技术中光刻方式直接实现具有叉指形沟槽结构的隔膜层，该隔膜层的厚度为300微米；

(4)在沟槽内填充碳纳米管悬浊液，待溶剂挥发以后，形成微/纳米多孔的三维微型碳电极结构。碳纳米管悬浊液的制备如下：将碳纳米管加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的质量比约为10％～20％，机械搅拌均匀，超声1个小时左右形成均匀悬浊液；

(5)通过高真空辅助法将粘稠的固体电解质溶液注入到碳电极的微孔内，待溶剂挥发后，重复注入过程，形成离子导通网络，得到复合电极层；

(6)利用干法去除隔膜层；

(7)配置PVA-H₂SO₄电解液，溶液由PEO和硫酸组成。将PVA在去离子水中溶解，形成浓度为2％的溶液，加入硫酸溶液，搅拌均匀，形成电解质溶液，其中，硫酸的质量是PVA质量的2倍。(8)利用PVA-H₂SO₄电解液形成固体电解质层，将配置好的PVA-H₂SO₄电解液滴加在电极材料上，待其凝固后完成单元封装，获得超级电容。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种复合电极材料，其特征在于，包括：

炭基活性材料；和

固态电解质材料，所述固态电解质材料包括导离子的基质和用于提供电解质阴离子和电解质阳离子的离子化合物。

2.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，所述导离子的基质和所述离子化合物的质量比为(1-2)：1，

任选地，所述炭基活性材料的质量分数为(60-90)％。

3.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，所述导离子的基质为选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯和梳形聚醚的至少一种，

任选地，所述离子化合物为选自磷酸、硫酸、硫酸钠、硫酸钾、氯化钾、氢氧化钾、氢氧化钠的至少一种，

任选地，所述炭基活性材料为选自活性炭、碳黑、石墨稀、多孔碳和碳纳米管的至少一种。

4.一种电极，其特征在于，所述电极是由权利要求1-3任一项所述的复合电极材料形成的。

5.根据权利要求4所述的电极，其特征在于，所述电极的厚度为200-300微米。

6.一种超级电容，其特征在于，包括：

权利要求4或5所述的电极。

7.一种制备超级电容的方法，其特征在于，包括：

形成衬底层；

在所述衬底层的部分上表面形成集流层；

在所述集流层的部分上表面形成复合电极层，所述复合电极层包括炭基活性材料和固态电解质材料，其中，所述固态电解质材料包括导离子的基质和用于提供电解质阴离子和电解质阳离子的离子化合物；以及

形成固态电解质层，以便覆盖所述衬底层、所述集流层和所述复合电极层的至少部分上表面，获得所述超级电容。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括：

在硅片上形成薄膜，以便获得所述衬底层；

在所述衬底层的上表面形成金属层，并对所述金属层进行光刻处理，以便获得具有第一预定图案的集流层；

通过沉积光刻胶，在所述衬底层上形成具有第二预定图案的隔膜层，所述隔膜层与所述集流层交叉设置，其中，所述隔膜层的厚度大于所述集流层的厚度，以便形成叉指形沟槽；

从所述衬底层上分离所述硅片；

在所述叉指形沟槽中填充所述炭基活性材料和所述固态电解质材料，以便在所述集流层的部分上表面形成所述复合电极层；以及

通过施加固态电解质溶液并使所述固态电解质溶液固化，以便形成所述固态电解质层，获得所述超级电容器，其中，所述固态电解质溶液含有所述固态电解质材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述填充所述炭基活性材料和所述固态电解质材料是通过以下步骤进行的：

将固态电解质材料溶解，以便得到所述固态电解质溶液；

炭基活性材料与所述固态电解质溶液混合并超声，以便得到复合电极材料混悬液；以及

在所述叉指形沟槽内注入所述复合电极材料混悬液，挥发所述复合电极材料混悬液的溶剂，以便在所述集流层的部分上表面形成所述复合电极层，

任选地，所述填充所述炭基活性材料和所述固态电解质材料是通过以下步骤进行的：

利用所述炭基活性材料在所述叉指形沟槽内形成具有微孔的碳电极层；以及

将固态电解质材料注入至所述碳电极层的所述微孔中，以便形成复合电极层。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电极层的厚度为200-300微米，

任选地，所述导离子的基质和所述离子化合物的质量比为(1-2)：1，

任选地，所述导离子的基质为选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯和梳形聚醚的至少一种，

任选地，所述离子化合物为选自磷酸、硫酸、硫酸钠、硫酸钾、氯化钾、氢氧化钾、氢氧化钠的至少一种，

任选地，所述炭基活性材料为选自活性炭、碳黑、石墨稀、多孔碳和碳纳米管的至少一种。