CN107492454A - 一种微型超级电容器的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种微型超级电容器的制备工艺，先制备压印模板，然后利用压印和紫外固化工艺制备出叉指电极沟道，再利用刮刀将导电材料刮涂进沟道，最后将电解质水溶液涂在上面自然固化，得到了基于刮涂成形的超级电容，本发明能够实现快速、简便、低成本地微型超级电容器的制备。
Description
技术领域
本发明属于超级电容制备技术领域，具体涉及一种微型超级电容器的制备工艺。
背景技术
近些年，电子产品逐渐朝着便携式、小型化、高度集成的方向发展。为了满足电子产品的这些要求，微型的电源和储能单元需要制备加工。超级电容器是一种依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能的新型电源，具有功率密度高，充放电时间多，循环工作寿命长等优势，广泛应用于电子工业中。其中，在制备微型超级电容的过程中，叉指电极阵列的制备尤为关键。传统的制备叉指电极阵列的方法主要有光刻工艺、等离子刻蚀工艺、激光划线工艺、喷墨打印工艺等。光刻工艺中光刻胶的去除需要使用缓冲液，这一步骤会影响电容器电极材料的性能。等离子刻蚀工艺需要和光刻、掩膜蒸镀工艺结合，制备设备需求昂贵，工艺复杂。激光划线工艺制备微型超级电容器的过程中，激光去除材料获得叉指电极中产生的高温会影响电极材料性能，而且设备昂贵，效率低。喷墨打印工艺对打印材料的表面张力、粘度等有极高的要求，也不易制备用于微型电容器的叉指电极。因此，现有技术快速、简便、低成本地制备性能优良的叉指电极型的微型超级电容器是难以实现的。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微型超级电容器的制备工艺，能够实现快速、简便、低成本地微型超级电容器的制备。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种微型超级电容器的制备工艺，包括以下步骤：
第一步，压印模板的制备：在硅片表面利用光刻与刻蚀工艺加工出所需要的叉指电极的图形结构，然后将PDMS混合物旋涂在硅片表面，加热固化后，将PDMS从硅片表面揭下，得到压印模板；
第二步，叉指电极沟道的制备：采用PET薄膜作为柔性基底，在上面旋涂紫外固化胶液体，利用压印模板压印紫外固化胶，然后在紫外灯下照射固化后，制备出叉指电极沟道；
第三步，叉指电极的刮涂成形：首先，在叉指电极沟道表面，滴加用于制备电容器件的导电材料，然后利用刮刀将导电材料刮进沟道内，在烘台上加热至120℃，经过30s后，再将表面多余的导电材料擦掉，只保留叉指电极沟道内的导电材料，在烘台上加热至120℃，经过20min，得到叉指电极；
第四步，电解质材料的成形：在叉指电极表面旋涂上PVA/H2SO4电解质的水溶液，经过自然蒸发固化，水分蒸发完全，就制备出了固体的微型超级电容器。
所述的导电材料为CNT或PEDOT。
在叉指电极深度h1为10μm时，叉指电极的宽度w1线宽最下达到5μm，间距w2最小达到5μm，能够实现微型超级电容器的制备。
本发明的有益效果为：
本发明实现了微型超级电容的快速制备；同时，由于本发明不需要昂贵的光刻设备和复杂工艺步骤，因此大大降低了加工成本，提高了制造效率。本发明可以广泛应用于太阳能手表、电动玩具等小功率电子设备的替换电源或主电源，也可以应用于智能家电、通信领域中的后备电源，在工业控制、交通运输、智能仪表、消费型电子产品、电力、国防、通信等众多领域具有很大的应用价值。
附图说明：
图1为本发明硅片的横截面示意图。
图2为本发明硅片的俯视图。
图3为本发明硅片制备压印模板的示意图。
图4为本发明压印模板示意图。
图5为本发明压印模板压印紫外胶并通过紫外光固化制备的叉指电极沟道的示意图。
图6为本发明叉指电极沟道的示意图。
图7为本发明将导电材料刮涂进叉指电极沟道的示意图。
图8为本发明基于刮涂成形制备的微型超级电容器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
一种微型超级电容器的制备工艺，包括以下步骤：
第一步，压印模版的制备：在硅片1表面利用光刻与刻蚀工艺加工出所需要的凹型的叉指电极的图形结构，如附图1、图2所示；然后将PDMS的交联剂和本体按照1:10的质量比例混合配比，抽真空排气泡，将配比好的PDMS混合物2旋涂在硅片1表面，如图3所示；经过加热固化之后，从硅片1表面揭下，得到用于制备叉指电极沟道的PDMS的压印模板2，如图4所示；
第二步，叉指电极沟道的制备：采用PET薄膜4作为基底材料，在上面旋涂紫外固化胶液体3，利用压印模板2压印，然后利用紫外光线5照射8min左右，紫外固化胶液体3固化成形，如图5所示；然后，将压印模板2揭下，制备出叉指电极沟道，叉指电极沟道的宽度为w1，间距为w2，深度为h1，如图6所示；
第三步，叉指电极的刮涂成形：如图7所示，首先，在叉指电极沟道表面滴加用于制备电容器件的导电材料6，然后利用刮刀7将导电材料6刮进沟道内，在烘台上加热至120℃，经过30s后，再将表面多余的导电材料6擦掉，只保留叉指电极沟道内的导电材料6，在烘台上加热至120℃，经过20min，得到叉指电极；
第四步，电解质材料的成形：在刮涂的叉指电极表面旋涂上PVA/H2SO4电解质的水溶液8，无需加热，经过大约12h的自然蒸发，水分蒸发完全，制备出了固体的微型超级电容器，如图8所示。
上述方法实现基于各种导电材料的微型超级电容器的制备，导电材料6可以为CNT、PEDOT等各种电极材料，各种电极材料都可以利用刮涂工艺形成叉指电极，从而实现超级电容器的制备。在叉指电极深度h1为10μm时，叉指电极的宽度w1线宽最下达到5μm,间距w2最小可以达到5μm，可以实现微型的超级电容器的制备。
本发明克服了传统制备超级电容器的很多缺点，不会出现光刻中的缓冲液影响电极材料性能的现象，也不会出现等离子刻蚀工艺、激光划线工艺的昂贵设备的使用，也可以加工出比喷墨打印工艺更小的电极结构。利用本发明刮涂叉指电极工艺，可以简便、快速、低成本、大面积的制备微型超级电容器。
Claims (3)
1.一种微型超级电容器的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，压印模板的制备：在硅片表面利用光刻与刻蚀工艺加工出所需要的叉指电极的图形结构，然后将PDMS混合物旋涂在硅片表面，加热固化后，将PDMS从硅片表面揭下，得到压印模板；
第二步，叉指电极沟道的制备：采用PET薄膜作为柔性基底，在上面旋涂紫外固化胶液体，利用压印模板压印紫外固化胶，然后在紫外灯下照射固化后，制备出叉指电极沟道；
第三步，叉指电极的刮涂成形：首先，在叉指电极沟道表面，滴加用于制备电容器件的导电材料，然后利用刮刀将导电材料刮进沟道内，在烘台上加热至120℃，经过30s后，再将表面多余的导电材料擦掉，只保留叉指电极沟道内的导电材料，在烘台上加热至120℃，经过20min，得到叉指电极；
第四步，电解质材料的成形：在叉指电极表面旋涂上PVA/H2SO4电解质的水溶液，经过自然蒸发固化，水分蒸发完全，就制备出了固体的微型超级电容器。
2.根据权利要求1所述的一种微型超级电容器的制备工艺，其特征在于：所述的导电材料为CNT或PEDOT。
3.根据权利要求1所述的一种微型超级电容器的制备工艺，其特征在于：在叉指电极深度h1为10μm时，叉指电极的宽度w1线宽最下达到5μm，间距w2最小达到5μm，能够实现微型超级电容器的制备。
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