一种贴片式超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种贴片式超级电容器及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1，制备活性物质浆料；S2，将可耐受260℃以上温度的耐高温树脂通过丝网印刷方式印刷在纸基板上，在纸基板内渗入耐高温树脂形成边框围堰，然后加热使所述耐高温树脂固化；S3，将步骤S1中的活性物质浆料印刷在步骤S2中的围堰中，印刷后烘干，在围堰中形成一对间隔开的电极；S4，在步骤S3的一对电极上分别制备可耐受260℃以上温度的集流体；S5，向围堰中填充电解液，使电解液至少填充分布在围堰内的一对电极的相对间隙内；S6，器件封装，制得贴片式超级电容器。本发明专利技术可制得贴片式结构的超级电容器，且制得的超级电容器具有成本低、对环境友好、可耐受回流焊冲击的优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学领域，特别是涉及一种贴片式超级电容器及其制备方法。
技术介绍
进入21世纪后，新型绿色能源的寻找和开发已经成为应对能源枯竭、环境恶化两大问题的最佳选择，目前新型绿色能源主要有太阳能，风能，核能等。储能器件则是一种常见的能够更好地将能源进行转换的器件，已经成功地应用在运输工具、无线通讯设备、电网、消费电子产片等领域。电化学电容器(超级电容器)是一种新型的储能元件，可将化学能直接转变为电能，它兼有普通陶瓷电容器和电池的特性，具有高功率密度、充放电循环寿命长、较宽的工作温度范围等优点，是一种高效、实用、环保的能量存储装置。随着移动互联等电子产品的发展，高密度集成电路迎来了重大的发展机遇，传统插接式元件已不能完全满足市场发展的要求，贴片元件的需求日益增强。片式电容器家族中，目前容量能达到毫法(mF)级别的成员只有超级电容器一种，其应用于智能设备存储记忆芯片的闪存、手机/相机的闪光灯等大功率模块件，能够迅速释放出其自身储存的电量，对系统能量平衡进行有效管理。然而，尽管片式电容器的市场巨大，但是由于片式器件的结构设计较难突破，因此目前仍然以传统插接式结构的超级电容器为主。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种贴片式超级电容器及其制备方法，可制得贴片式结构的超级电容器，且制得的超级电容器具有成本低、对环境友好、可耐受回流焊冲击的优势。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种贴片式超级电容器的制备方法，包括以下步骤：S1，制备活性物质浆料；S2，将可耐受260℃以上温度的耐高温树脂通过丝网印刷方式印刷在纸基板上，在纸基板内渗入耐高温树脂形成边框围堰，然后加热使所述耐高温树脂固化；S3，将步骤S1中的活性物质浆料印刷在步骤S2中的围堰中，印刷后烘干，在所述围堰中形成一对间隔开的电极；S4，在步骤S3的一对电极上分别制备可耐受260℃以上温度的集流体；S5，向围堰中填充电解液，使电解液至少填充分布在围堰内的一对电极的相对间隙内；S6，通过可耐受260℃以上温度的耐高温树脂覆盖纸基板的上下表面，覆盖过程中仅露出集流体，以完成器件的封装，制得贴片式超级电容器。一种贴片式超级电容器，包括基板、一对电极、一对可耐受260℃以上温度的集流体、电解液和树脂封装层；所述基板为纸基板，所述纸基板内渗入有可耐受260℃以上温度的耐高温树脂，所述耐高温树脂在所述纸基板上围绕形成边框围堰；所述一对电极彼此间隔设置在所述围堰内的纸基板上方，所述一对集流体一一对应设置在所述一对电极上；所述电解液至少填充分布在围堰内的一对电极的相对间隙内，所述树脂封装层中的树脂为可耐受260℃以上温度的耐高温树脂，所述树脂封装层覆盖在所述纸基板的上下表面上，仅所述一对集流体从所述树脂封装层中露出。本专利技术与现有技术对比的有益效果是：本专利技术的贴片式超级电容器的制备方法，采用丝网印刷将耐高温树脂渗入纸基板中形成围堰结构，然后将活性物质浆料间隔开印刷在围堰内，后续制备集流体、滴加电解液，由树脂层封装，从而制备具有标准贴片元件尺寸的纸基贴片超级电容器。本专利技术的制备过程，通过选材和结构上的设计、工艺等的配合可实现贴片式结构的批量化生产，工艺可靠性极高，材料成本较低，工艺技术简便。制得的纸基贴片式超级电容器，经验证可承受贴片元件后续处理中的高温回流焊工艺，且结构中实现以纸基板为基材，相对于以往插接式结构中常用的陶瓷基板等，具有成本低、无毒、柔韧性、可弯折性和可降解性等的优势，对环境污染小。本专利技术将纸作为基板与丝网印刷工艺结合制备超级电容器，更具有轻和薄的特点，符合现代储能器件轻量化、柔性化的发展趋势。【附图说明】图1是本专利技术具体实施方式的贴片式超级电容器的制备方法的流程图；图2是本专利技术具体实施方式的步骤U2中纸基板上印刷耐高温树脂形成围堰的截面扫描电镜图；图3是本专利技术具体实施方式制得的超级电容器的结构示意图；图4是本专利技术具体实施方式的实施例1制得的超级电容器的伏安线扫图；图5是本专利技术具体实施方式的实施例1制得的超级电容器的恒流充放电曲线图；图6是本专利技术具体实施方式的实施例1制得的超级电容器在承受高温回流焊前后的伏安线扫图。【具体实施方式】下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术的构思是：对于贴片式结构的超级电容器，由于贴片式结构在表面贴装时需承受260℃回流焊工艺的冲击，从而对器件的材料和工艺有了极大的限制。本专利技术在提出贴片式结构的超级电容器的过程中，包括器件的整体结构、活性物质的负载方式、集流体的制备方式和器件的封装等方面进行改进和设计，将纸作为基板与丝网印刷工艺结合，从而引入纸基板作为基材，发挥纸基板的优势。在纸基板中设置围堰结构，进而在围堰结构中印刷电极、集流体等，分布电解液，最终封装后制得超级电容器。如图1所示，为本具体实施方式的贴片式超级电容器的制备方法的流程图，包括以下步骤：U1，准备活性物质浆料。上述活性物质浆料用于后续形成电极。可采用将活性物质与导电剂、粘结剂混合后加入有机溶剂，充分搅拌后制得活性物质浆料。通过控制各种材料的不同比例，可改变浆料的导电性和流变性等特性。优选地，活性物质浆料按质量比60％～90％活性物质、5％～30％导电剂和5％～10％粘结剂，加入适量的溶剂均匀搅拌2～6小时制备。通过该配方，应用于超级电容器中，可较好地使电极活性物质发挥作用。上述活性物质浆料中，活性物质可选自碳材料、金属氧化物、导电聚合物、金属氢氧化物、过渡金属硫族化合物、过渡金属碳/氮化合物中的至少一种。其中，碳材料可选自石墨烯、碳纳米管、活性炭中的至少一种。金属氧化物可选自二氧化锰、氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化钌、氧化铱中的至少一种。导电聚合物可选自聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的至少一种。金属氢氧化物可选自氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化铁中的至少一种。过渡金属硫族化合物可选自二硫化钼、二硒化钼、二碲化钼中的至少一种；所述的过渡金属碳/氮化合物包括氮化钛、碳化钛、氮化钒、氮化钼中的至少一种。上述活性物质浆料中，粘结剂可选自聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯酸中的至少一种。其中，聚偏氟乙烯是作为粘结剂的效果相对较好。上述活性物质浆料中，导电剂可选自导电炭黑、乙炔黑、天然石墨、人造石墨、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。在制备活性物质浆料的过程中，溶剂可选用N-甲基吡咯烷酮、氮甲基甲酰胺等有机溶剂。U2，将可耐受260℃以上温度的耐高温树脂通过丝网印刷方式印刷在纸基板1上，在纸基板内渗入耐高温树脂形成边框围堰2，然后烘干使所述耐高温树脂固化。该步骤中，对于纸基板1，是作为电容器的整个基体。纸基板可选自木浆纸、草浆纸、竹浆纸、纤维素纸、合成纤维纸、矿物纤维纸中的一种。耐高温树脂需耐受260℃以上的温度。该步骤中，耐高温树脂用于渗入纸基板1中形成围堰。耐高温树脂可选自聚酰胺、聚酰亚胺、改性硅氧烷、酚醛树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种。其中，环氧树脂、聚酰亚胺、酚醛树脂是应用较广泛、成本较低的耐高温树脂。通过丝网印刷方式将耐高温树脂印刷在纸基板上，进而树脂渗入纸基板内部形成边框围堰2。具体地，可形成长方形的边框围堰。如图2所示，为本具体实施方式的纸基板1上印刷耐高温树脂形成围堰的截本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种贴片式超级电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，制备活性物质浆料；S2，将可耐受260℃以上温度的耐高温树脂通过丝网印刷方式印刷在纸基板上，在纸基板内渗入耐高温树脂形成边框围堰，然后加热使所述耐高温树脂固化；S3，将步骤S1中的活性物质浆料印刷在步骤S2中的围堰中，印刷后烘干，在所述围堰中形成一对间隔开的电极；S4，在步骤S3的一对电极上分别制备可耐受260℃以上温度的集流体；S5，向围堰中填充电解液，使电解液至少填充分布在围堰内的一对电极的相对间隙内；S6，通过可耐受260℃以上温度的耐高温树脂覆盖纸基板的上下表面，覆盖过程中仅露出集流体，以完成器件的封装，制得贴片式超级电容器。

【技术特征摘要】
1.一种贴片式超级电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，制备活性物质浆料；S2，将可耐受260℃以上温度的耐高温树脂通过丝网印刷方式印刷在纸基板上，在纸基板内渗入耐高温树脂形成边框围堰，然后加热使所述耐高温树脂固化；S3，将步骤S1中的活性物质浆料印刷在步骤S2中的围堰中，印刷后烘干，在所述围堰中形成一对间隔开的电极；S4，在步骤S3的一对电极上分别制备可耐受260℃以上温度的集流体；S5，向围堰中填充电解液，使电解液至少填充分布在围堰内的一对电极的相对间隙内；S6，通过可耐受260℃以上温度的耐高温树脂覆盖纸基板的上下表面，覆盖过程中仅露出集流体，以完成器件的封装，制得贴片式超级电容器。2.根据权利要求1所述的贴片式超级电容器的制备方法，其特征在于：步骤S1中，将活性物质与导电剂、粘结剂混合后加入溶剂，充分搅拌后制得活性物质浆料。3.根据权利要求2所述的贴片式超级电容器的制备方法，其特征在于：所述活性物质、导电剂和粘结剂按照质量分数分别为60％～90％、5％～30％、5％～10％进行混合，混合后加入溶剂搅拌2～6小时制得活性物质浆料。4.根据权利要求3所述的贴片式超级电容器的制备方法，其特征在于：所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮或者氮甲基甲酰胺。5.根据权利要求1所述的贴片式超级电容器的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述纸基板为木浆纸、草浆纸、竹浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨诚，王洋，石璐，吴铛，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44