專利名稱：一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法。
背景技術(shù)：
電容器作為一種充電快、使用壽命長的電能儲存元件受到廣泛的關(guān)注。隨著電容器的發(fā)展，對提高電介質(zhì)的介電常數(shù)，提高絕緣性能，提高電介質(zhì)的耐高壓性能，在工藝上制作出更薄的電介質(zhì)層已經(jīng)成為新一代電容器的重要發(fā)展方向。美國的Eestor公司采用鈦酸鋇作為高介電常數(shù)陶瓷材料制備純固態(tài)的超級電容器能量密度高達0. 4Wh/g，儲電能力超過現(xiàn)有的電池。高純鈦酸鋇的相對介電常數(shù)為20000左右，而釔離子摻雜的鎢酸鉛單晶的相對介電常數(shù)在0 50°C范圍內(nèi)高達(1.3 1.6)父105，在1501時增加到3. 94X 106，有望成為新型高介電系數(shù)的儲能材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法。本發(fā)明的高儲能純固態(tài)超級電容器是以具有高介電常數(shù)的納米復(fù)合陶瓷粉體與耐高壓抗擊穿的高分子材料共混，制備具有較高擊穿電壓和介電常數(shù)的電介質(zhì)層，再通過磁控濺射法在電介質(zhì)層表面鍍層金屬電極而制得的。本發(fā)明的高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法包括以下步驟(I)將納米陶瓷粉體用Al2O3均勻包覆，制得納米復(fù)合陶瓷粉體；其中，納米陶瓷粉體為具有高介電常數(shù)的納米陶瓷晶體粉末，如鈦酸鋇(簡稱BT)晶體粉末、乾尚子慘雜的鶴酸鉛(簡稱PW0)晶體粉體等；(2)將高分子材料經(jīng)冷凍后研磨成為納米級的粉體顆粒，并與步驟(I)制得的納米復(fù)合陶瓷粉體超聲共混，高溫壓制成電介質(zhì)層；其中，高分子材料為耐高壓抗擊穿的高分子材料，如聚酰亞胺(簡稱PI)、聚四氟乙烯(簡稱PTFE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(簡稱PET)等；所述的納米復(fù)合陶瓷粉體與高分子材料的質(zhì)量比控制在50/50 92/8之間；所述的高溫壓制條件為180°C，IOObar ；所述的電介質(zhì)層厚度為0. 05 20 ii m ;(3)采用磁控濺射法在步驟(2)制得的電介質(zhì)層兩側(cè)鍍層金屬電極，從而制得高儲能純固態(tài)超級電容器。所述的磁控濺射法條件為真空為3.0X10_4Pa，工作氣體為氬氣，濺射氣壓為2. OPa,祀基距為135mm,派射時間為I IOmin ；所述的電極材料為招或銀金屬，金屬電極層厚度為0. 05 5iim。本發(fā)明在高介電陶瓷粉體表面包裹一層氧化鋁，可以大幅度提高陶瓷材料的擊穿電壓強度，此外與具有較高介電場強的高分子材料共混也可以提高其耐擊穿性能，并且改善陶瓷材料的可加工性。用本發(fā)明的工藝方法制備的純固態(tài)超級電容器具有較高的儲電能力，穩(wěn)定性好、安全性高、自放電緩慢、可放大生產(chǎn)。


圖I為高儲能純固態(tài)超級電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為金屬電極；2為電介質(zhì)層
具體實施例方式下面以實施例子具體說明與本發(fā)明有關(guān)的實施方案，僅僅是用來說明本發(fā)明的實施方案的有限例子，并不限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的全部范圍體現(xiàn)在前面的各項權(quán)利要求中。實施例I·
本實施例以釔離子摻雜的鎢酸鉛為高儲能電介質(zhì)層的主要組成部分，制備具有較高儲電能力的電容器。將0. 120g聚對苯二甲酸乙二醇酯高分子材料冷凍至-150°C，研磨成為納米級的粉體顆粒，與0. 120gAl203均勻包覆的釔離子摻雜鎢酸鉛粉體超聲共混，在180°C，IOObar的條件下壓制成電介質(zhì)層；將鋁粉在電介質(zhì)層兩側(cè)采用直流磁控濺射成膜。本底真空為3. OX 10_4Pa，工作氣體為氬氣，濺射氣壓為2. OPa，靶基距為135mm，濺射時間為lOmin，制得的高儲能純固態(tài)超級電容器的各項參數(shù)列于表I中。表I高儲能純固態(tài)超級電容器的各項參數(shù)
面積IOcmxlOcm_電介質(zhì)層厚度_IO-O^m__電極厚度_I .Oixm_電壓4000V比電容值0.22mF/g能量密度0.5Wh/g實施例2本實施例以鈦酸鋇為高儲能純固態(tài)超級電容器的主要組成部分，制備具有較高儲電能力的電容器。將0. 028g聚對苯二甲酸乙二醇酯高分子材料冷凍至-150°C，研磨成為納米級的粉體顆粒，與0. 520gAl203均勻包覆的鈦酸鋇粉體超聲共混，在180°C，IOObar的條件下壓制成電介質(zhì)層；將鋁粉在電介質(zhì)層兩側(cè)采用直流磁控濺射成膜。本底真空為3. OX 10_4Pa，工作氣體為氬氣，濺射氣壓為2. OPa，靶基距為135mm，濺射時間lOmin，制得的高儲能純固態(tài)超級電容器的各項參數(shù)列于表2中。表2高儲能純固態(tài)超級電容器的各項參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法，其特征是，該制備方法包括以下步驟 (1)將納米陶瓷粉體用Al2O3均勻包覆，制得納米復(fù)合陶瓷粉體； 其中，納米陶瓷粉體為具有高介電常數(shù)的納米陶瓷晶體粉末，如鈦酸鋇晶體粉末、釔離子摻雜的鎢酸鉛晶體粉體等； (2)將高分子材料經(jīng)冷凍后研磨成為納米級的粉體顆粒，并與步驟(I)制得的納米復(fù)合陶瓷粉體超聲共混，高溫壓制成電介質(zhì)層； 其中，高分子材料為耐高壓抗擊穿的高分子材料，如聚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等； (3)采用磁控濺射法在步驟(2)制得的電介質(zhì)層兩側(cè)鍍層金屬電極，從而制得高儲能純固態(tài)超級電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法，其特征是，步驟(2)中所述的納米復(fù)合陶瓷粉體與高分子材料的質(zhì)量比控制在50/50 92/8之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法，其特征是，步驟(2)中所述的高溫壓制條件為180°C，100bar。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法，其特征是，步驟(2)中所述的電介質(zhì)層厚度為0.05 20 ii m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法，其特征是，步驟(3)中所述的磁控濺射法條件為真空為3.OX 10_4Pa，工作氣體為氬氣，濺射氣壓為2. OPa,革巴基距為135mm,派射時間為I lOmin。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法，其特征是，步驟(3)中所述的電極材料為鋁或銀金屬，金屬電極層厚度為0. 05 5pm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高儲能純固態(tài)超級電容器的制備方法，所述的制備方法是先采用納米復(fù)合陶瓷粉體與耐高壓抗擊穿的高分子材料共混，高溫壓制成具有較高擊穿電壓和介電常數(shù)的電介質(zhì)層，而后采用磁控濺射法在電介質(zhì)層兩側(cè)鍍電極。使用的納米復(fù)合陶瓷粉體是采用Al2O3均勻包覆具有高介電常數(shù)的納米陶瓷晶體粉末而制成的。用本發(fā)明的工藝方法制備的純固態(tài)超級電容器具有較高的儲電能力，穩(wěn)定性好、安全性高、自放電緩慢、可放大生產(chǎn)。
文檔編號H01G9/07GK102810407SQ20121026699
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者劉必前, 任曉靈, 楊海軍, 何敏, 汪前東 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所