一種超級電容電池及其制造方法技術

本發明專利技術提供一種超級電容電池及其制造方法,涉及電容器領域。包括：若干陰極，每個陰極包括第一襯底，在第一襯底的上形成的若干第一梳齒，若干第一梳齒沿同一方向以第一間隔排列，以及覆蓋每個第一梳齒的表面和第一襯底的表面的石墨烯層；若干陽極包括主體部分以及與主體部分垂直連接的若干第二梳齒，在每個第二梳齒外端面上形成有隔離膜，陽極和陰極交替排列，且相鄰的陽極的梳齒和陰極的梳齒相互交叉并彼此之間有空隙；陰極和陽極放置于密封盒中；電解質溶液填充于密封盒以及空隙中。本發明專利技術的超級電容電池的陰極和陽極為相互交叉的梳齒狀結構，使得陰極和陽極之間的距離降低，石墨烯層沉積在具有梳齒狀的襯底上用于陰極的功能，提高了電容密度。

Super capacitor battery and manufacturing method thereof

The invention provides a super capacitor battery and a manufacturing method thereof, relating to the capacitor field. Which comprises a plurality of cathode, each cathode includes a first substrate, a plurality of first teeth formed on the first substrate, a plurality of first comb along the same direction as the first intervals and the surface coverage of each of the first surface of the first substrate and comb the graphene layer; some anode comprises a main body part and the main part of the vertical connection some second teeth with insulating film formed on each of the second teeth on the outer surface, an anode and a cathode arranged alternately, and comb and comb teeth adjacent to the cathode anode and cross the gap between each other; the cathode and the anode is placed in a sealed box; the electrolyte solution filled in the sealing box and the gap. Super capacitor battery of the invention of the cathode and anode for comb structure cross each other, the distance between the cathode and the anode reduced graphene layer deposition for cathode function in the substrate with a comb shaped, improves the density of capacitance.

【技術實現步驟摘要】
一種超級電容電池及其制造方法
本專利技術涉及電容器領域，具體而言涉及一種超級電容電池及其制造方法。
技術介紹
超級電容電池是一種新型儲能裝置，它具有充電時間短、比功率較高、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點，其應用廣泛，尤其是在能源儲備，重工業領域中顯示出巨大的應用前景。近年來，超級電容電池已經引起全世界科研工作者的關注和研究。石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；導熱系數高5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約1Ω·m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。鑒于石墨烯的優越性能，有必要提出一種新的超級電容電池及其制造方法，以將石墨烯應用于超級電容電池提高電池的性能。
技術實現思路
在
技術實現思路
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本專利技術的
技術實現思路
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。針對現有技術的不足，本專利技術實施例一提供一種超級電容電池，包括：若干陰極，每個所述陰極包括第一襯底，在所述第一襯底的第一表面上形成的與所述第一表面垂直的若干第一梳齒，所述若干第一梳齒沿同一方向以第一間隔排列，以及覆蓋每個所述第一梳齒的表面和所述第一襯底的所述第一表面的石墨烯層；若干陽極，所述陽極包括主體部分以及與所述主體部分的第一側面垂直連接的若干第二梳齒，所述第二梳齒沿同一方向以第二間隔排列，在每個所述第二梳齒外端面上形成有隔離膜，其中，所述陽極和所述陰極交替排列，且相鄰的所述陽極的梳齒和所述陰極的梳齒相互交叉并彼此之間有空隙；密封盒，所述陰極和所述陽極放置于所述密封盒中；電解質溶液，填充于所述密封盒以及所述空隙中。進一步地，在每個所述第一襯底的與所述第一表面相對的第二表面上形成有若干第三梳齒，所述若干第三梳齒與所述第二表面垂直，所述第三梳齒具有與所述第一梳齒相同的排列方向，且在每個所述第三梳齒的表面和所述第一襯底的所述第二表面上覆蓋有石墨烯層。進一步地，所述若干第三梳齒與所述若干第一梳齒具有相同的數目且一一對應。進一步地，在每個所述陽極的所述主體部分的第二側面上形成有若干所述第四梳齒，其中，所述第二側面與所述第一側面相對，所述第四梳齒具有與所述第二梳齒相同的排列方向，在所述第四梳齒外端面上形成有所述隔離膜。進一步地，所述若干第四梳齒與所述若干第二梳齒具有相同的數目且一一對應。進一步地，所述第一梳齒的寬度小于所述第二間隔，所述第二梳齒的寬度小于所述第一間隔。進一步地，所述第一襯底、所述第一梳齒和所述第三梳齒的材料選自Cu、Si、SiC和Sn中的一種。進一步地，所述石墨烯層為多層石墨烯，或者，所述石墨烯層包括石墨烯和石墨的混合物。進一步地，所述電解質溶液包括咪唑-Al2Cl7和/或吡啶-Al2Cl7。進一步地，所述陽極的材料為金屬材料。進一步地，所述金屬材料包括鋁。本專利技術實施例二提供一種超級電容電池的制造方法，包括：步驟A1：制備若干陰極和若干陽極，其中，制備每個所述陰極的方法包括步驟：步驟S11：提供第一襯底，在所述第一襯底的第一表面上形成與所述第一表面垂直的若干第一梳齒，所述若干第一梳齒沿同一方向以第一間隔排列，步驟S12：形成覆蓋每個所述第一梳齒的表面和所述第一襯底的所述第一表面的石墨烯層，制備每個所述陽極的方法包括以下步驟：步驟S21：提供第二襯底，在所述第二襯底的正面形成圖案化的隔離膜，步驟S22：刻蝕暴露的部分所述第二襯底，以形成所述陽極的主體部分以及與所述主體部分的垂直連接的若干第二梳齒，所述第二梳齒沿同一方向以第二間隔排列；步驟A2：提供密封盒，將所述陰極和所述陽極放置于所述密封盒中，且使所述陽極的梳齒和所述陰極的梳齒相互交叉，且在彼此之間有空隙；步驟A3：采用電解質溶液填充所述密封盒以及所述空隙。進一步地，在所述步驟S11中，形成所述第一梳齒的步驟包括：S111：提供所述第一襯底，在所述第一襯底的正面形成第一硬掩膜層；S112：圖案化所述第一硬掩膜層，以在所述第一硬掩膜層中形成若干第一開口；S113：在所述若干第一開口中填充第一梳齒材料層，以形成所述第一梳齒；S114：去除所述第一硬掩膜層。進一步地，在所述步驟S111中，還包括在所述第一襯底的背面形成第二硬掩膜層的步驟，且在所述步驟114之后，還包括步驟：刻蝕所述第二硬掩膜層，以在所述第二硬掩膜層中形成若干第二開口，在所述若干第二開口中填充第三梳齒材料層，以形成所述第三梳齒，去除所述第二硬掩膜層。進一步地，在所述步驟S12中，還包括在所述第三梳齒的表面和所述第一襯底的背面形成所述石墨烯層的步驟。進一步地，所述石墨烯層為多層石墨烯，或者，所述石墨烯層包括石墨烯和石墨的混合物。進一步地，所述若干第三梳齒與所述若干第一梳齒具有相同的數目且一一對應。進一步地，所述第一襯底、所述第一梳齒和所述第三梳齒的材料選自Cu、Si、SiC和Sn中的一種。進一步地，形成每個所述陽極的方法在所述步驟S22之后還包括以下步驟：步驟S23：在所述第二襯底的背面形成圖案化的所述隔離膜；步驟S24：從所述第二襯底的背面刻蝕暴露的所述第二襯底直到部分深度，形成與所述陽極的主體部分垂直的第四梳齒。進一步地，所述若干第四梳齒與所述若干第二梳齒具有相同的數目且一一對應。本專利技術的實施例中的超級電容電池的陰極和陽極為相互交叉的梳齒狀結構，使得陰極和陽極之間的距離顯著降低，石墨烯層沉積在具有梳齒狀的襯底上用于陰極的功能，提高了電容密度，因此本專利技術的實施例中的超級電容電池具有優異的性能。附圖說明本專利技術的下列附圖在此作為本專利技術的一部分用于理解本專利技術。附圖中示出了本專利技術的實施例及其描述，用來解釋本專利技術的原理。附圖中：圖1示出了本專利技術的一具體實施方式的超級電容電池的結構的俯視圖；圖2A-2I示出了本專利技術一具體實施方式的超級電容電池的陰極的制造方法依次實施所獲得結構的剖視圖；圖3A-3E示出了本專利技術一具體實施方式的超級電容電池的陰極的制造方法依次實施所獲得結構的剖視圖；圖4為本專利技術一具體實施方式的超級電容電池的制造方法的流程圖。具體實施方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本專利技術更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本專利技術可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本專利技術發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。應當理解的是，本專利技術能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本專利技術的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。應當明白，當元件或層被稱為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超級電容電池，其特征在于，包括：若干陰極，每個所述陰極包括第一襯底，在所述第一襯底的第一表面上形成的與所述第一表面垂直的若干第一梳齒，所述若干第一梳齒沿同一方向以第一間隔排列，以及覆蓋每個所述第一梳齒的表面和所述第一襯底的所述第一表面的石墨烯層；若干陽極，所述陽極包括主體部分以及與所述主體部分的第一側面垂直連接的若干第二梳齒，所述第二梳齒沿同一方向以第二間隔排列，在每個所述第二梳齒外端面上形成有隔離膜，其中，所述陽極和所述陰極交替排列，且相鄰的所述陽極的梳齒和所述陰極的梳齒相互交叉并彼此之間有空隙；密封盒，所述陰極和所述陽極放置于所述密封盒中；電解質溶液，填充于所述密封盒以及所述空隙中。

【技術特征摘要】
1.一種超級電容電池，其特征在于，包括：若干陰極，每個所述陰極包括第一襯底，在所述第一襯底的第一表面上形成的與所述第一表面垂直的若干第一梳齒，所述若干第一梳齒沿同一方向以第一間隔排列，以及覆蓋每個所述第一梳齒的表面和所述第一襯底的所述第一表面的石墨烯層；若干陽極，所述陽極包括主體部分以及與所述主體部分的第一側面垂直連接的若干第二梳齒，所述第二梳齒沿同一方向以第二間隔排列，在每個所述第二梳齒外端面上形成有隔離膜，其中，所述陽極和所述陰極交替排列，且相鄰的所述陽極的梳齒和所述陰極的梳齒相互交叉并彼此之間有空隙；密封盒，所述陰極和所述陽極放置于所述密封盒中；電解質溶液，填充于所述密封盒以及所述空隙中。2.根據權利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，在每個所述第一襯底的與所述第一表面相對的第二表面上形成有若干第三梳齒，所述若干第三梳齒與所述第二表面垂直，所述第三梳齒具有與所述第一梳齒相同的排列方向，且在每個所述第三梳齒的表面和所述第一襯底的所述第二表面上覆蓋有石墨烯層。3.根據權利要求2所述的超級電容電池，其特征在于，所述若干第三梳齒與所述若干第一梳齒具有相同的數目且一一對應。4.根據權利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，在每個所述陽極的所述主體部分的第二側面上形成有若干所述第四梳齒，其中，所述第二側面與所述第一側面相對，所述第四梳齒具有與所述第二梳齒相同的排列方向，在所述第四梳齒外端面上形成有所述隔離膜。5.根據權利要求4所述的超級電容電池，其特征在于，所述若干第四梳齒與所述若干第二梳齒具有相同的數目且一一對應。6.根據權利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述第一梳齒的寬度小于所述第二間隔，所述第二梳齒的寬度小于所述第一間隔。7.根據權利要求2所述的超級電容電池，其特征在于，所述第一襯底、所述第一梳齒和所述第三梳齒的材料選自Cu、Si、SiC和Sn中的一種。8.根據權利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述石墨烯層為多層石墨烯，或者，所述石墨烯層包括石墨烯和石墨的混合物。9.根據權利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述電解質溶液包括咪唑-Al2Cl7和/或吡啶-Al2Cl7。10.根據權利要求1所述的超級電容電池，其特征在于，所述陽極的材料為金屬材料。11.根據權利要求10所述的超級電容電池，其特征在于，所述金屬材料包括鋁。12.一種超級電容電池的制造方法，其特征在于，包括：步驟A1：制備若干陰極和若干陽極，其中，制備每個所述陰極的方法包括步驟：步驟S11：提供第一襯底，在所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周鳴，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，中芯國際集成電路制造北京有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31