專利名稱：一種全固態(tài)電儲(chǔ)能器件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)電儲(chǔ)能器件的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著近年來微電子技術(shù)的飛速發(fā)展和便攜式電子產(chǎn)品的大量普及，儲(chǔ)能材料如電池和電容器的需求與日俱增。同時(shí)，電子產(chǎn)品的日益小型化、輕量化及功能集成化對(duì)儲(chǔ)能材料的性能也提出了越來越高的應(yīng)用要求。在強(qiáng)大的社會(huì)發(fā)展需求推動(dòng)下，各國(guó)都制定了能源科技發(fā)展戰(zhàn)略，大力開發(fā)新型儲(chǔ)能設(shè)備，基于新構(gòu)思、新材新技術(shù)的新體系不斷涌現(xiàn)。因此，開發(fā)一種既有較高的能量密度，又具有大的功率密度的儲(chǔ)能器件對(duì)于儲(chǔ)能具有重要的 意義，有助于提高能源的利用效率。專利(申請(qǐng)?zhí)?201210376840. 9)發(fā)明了一種全固態(tài)電儲(chǔ)能器件，具有功率密度高、充電時(shí)間短、能量密度大、充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它能有效的解決目前兩種主要的儲(chǔ)能材料的缺點(diǎn)，即超級(jí)電容器能量密度過低、電池功率密度過低的問題。材料的純度會(huì)影響這種器件工作特性和穩(wěn)定性，尤其對(duì)于正電荷存儲(chǔ)材料、電子存儲(chǔ)材料。材料中的雜質(zhì)很容易形成陷阱態(tài)，進(jìn)而形成內(nèi)部的電場(chǎng)阻擋后續(xù)電荷的注入與遷移。目前常用的提純方法很多，如色譜法、真空生化法、區(qū)域提純法等等。提高純度固然能改善器件的性能，但材料自身的性能對(duì)器件性能的影響仍然是至關(guān)重要的。由于有機(jī)半導(dǎo)體中并沒有延續(xù)的能帶，只有去定域化(delocalized)的π電子，雖然相對(duì)比較自由，但也只被局限在分子之內(nèi)。在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，電子在被激發(fā)或被注入至分子的LUMO能階后，經(jīng)由跳躍至另一分子的LUMO能階來達(dá)到電荷在材料中遷移的目的。由此，可以通過在電荷存儲(chǔ)材料中慘入一些材料，用以提聞電荷在其中的遷移能力，其結(jié)果勢(shì)必能有效的提聞器件的工作性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在制備具有優(yōu)異充放電性能和穩(wěn)定性的全固態(tài)電儲(chǔ)能器件。本發(fā)明將通用的正電荷存儲(chǔ)材料摻雜氧化劑。由于這些氧化劑可以造成P型摻雜效果，使得能帶彎曲(band bending),電荷在材料中遷移的難度降低，因此能提高器件的工作性能，進(jìn)一步拓展這種儲(chǔ)能器件在能源存儲(chǔ)方面的應(yīng)用。本發(fā)明的全固態(tài)電儲(chǔ)能器件主要由電極、電荷存儲(chǔ)材料、絕緣材料組成。其中電荷存儲(chǔ)材料用絕緣材料隔開，形成電荷存儲(chǔ)材料/絕緣材料/電荷存儲(chǔ)材料的夾心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中一種制備全固態(tài)電儲(chǔ)能器件的方法，包括以下步驟(I)制備負(fù)極。電極為金屬鋁或其合金；金屬銅或其合金；(2)制備電子存儲(chǔ)材料。在步驟(I)制得的電極表面，采用真空蒸鍍技術(shù)制備一層厚度為50nm 5 μ m的聯(lián)苯醌、噻咯中的一種或幾種的混合物；(3)制備絕緣材料。在步驟(2)制得的電子存儲(chǔ)材料層表面旋涂一層厚度IOOnm 5 μ m的二氧化硅和聚酰亞胺中的一種或兩種的混合物；
(4)制備正電荷存儲(chǔ)材料。在步驟(3)制得的絕緣材料層表面旋涂一層復(fù)合物，旋涂所用復(fù)合物溶液為二胺聯(lián)苯(NPB)及其衍生物、三芳胺(TPD)及其衍生物、分子量為300 100000聚酚噻嗪類、聚對(duì)苯撐乙烯類、聚乙烯咔唑類聚合物中的一種或幾種與摻雜劑一定配比組成的溶液；所述摻雜劑為SbCl5、I2、FeCl3、2，3，5，6-四氟-7，7'，8，8'-四氰二甲基對(duì)苯醌(F4-TCNQ)以及三(4-溴苯基)六氯銻酸銨(TBAHA) —種或幾種的混合物；所述摻雜劑占復(fù)合物總物質(zhì)的量百分比為O. 02% 50% ；所述的溶劑為氯仿、二氯甲烷、溴乙烷、甲苯、己烷中的一種或幾種的混合物；所述復(fù)合物溶液的質(zhì)量百分比濃度為I 20% ;所述的正電荷存儲(chǔ)材料層厚度為200nm 15 μ m ; (5)制備正極。在步驟⑷制得的器件經(jīng)干燥固化后，在正電荷存儲(chǔ)材料層表面真空蒸鍍一層IOOnm厚的金屬鋁或金屬銅，即得到本發(fā)明所述的全固態(tài)電儲(chǔ)能器件。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)正電荷在經(jīng)過摻雜的正電荷存儲(chǔ)材料中具有較高的遷移速率，有利于提高充電時(shí)間和放電穩(wěn)定性；(2)經(jīng)過摻雜的正電荷存儲(chǔ)材料可以有效降低充/放電過程中的內(nèi)電阻，減少能量損耗，提高能量利用效率和器件的熱穩(wěn)定性；(3)摻雜后材料內(nèi)阻降低，放電過程中釋放的熱能減少，因而正電荷存儲(chǔ)材料層可以適當(dāng)增厚(可以達(dá)到15 μ m)，從而降低制備工藝難度，同時(shí)提高儲(chǔ)能容量。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I采用真空蒸鍍技術(shù)在玻璃表面依次蒸鍍面積為IOX 10cm2，厚度為IOOnm的金屬銅，厚度為500nm的3，3' - 二甲基_5，5' -二叔丁基聯(lián)苯醌，厚度為200nm的SiO2。然后在表面旋涂一層厚度為500nm的NPB與F4-TCNQ的復(fù)合物(其中F4-TCNQ的物質(zhì)的量百分比為O. 05% )。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸鍍一層厚度為IOOnm的金屬銅，即得到本發(fā)明所述的全固態(tài)電儲(chǔ)能器件。測(cè)試表明，該全固態(tài)電儲(chǔ)能器件在57s內(nèi)完成充電，能量密度為 485Wh/kg,8. 9kW/kg。實(shí)施例2采用真空蒸鍍技術(shù)在玻璃表面依次蒸鍍面積為IOX 10cm2，厚度為IOOnm的金屬銅，厚度為500nm的3，3' - 二甲基_5，5' -二叔丁基聯(lián)苯醌，厚度為200nm的SiO2。然后在表面旋涂一層厚度為500nm的NPB與F4-TCNQ的復(fù)合物(其中F4-TCNQ的物質(zhì)的量百分比為10. 8% )。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸鍍一層厚度為IOOnm的金屬銅，即得到本發(fā)明所述的全固態(tài)電儲(chǔ)能器件。測(cè)試表明，該全固態(tài)電儲(chǔ)能器件在50s內(nèi)完成充電，能量密度為 469Wh/kg,9. 6kW/kg。實(shí)施例3采用真空蒸鍍技術(shù)在玻璃表面依次蒸鍍面積為IOX 10cm2，厚度為IOOnm的金屬銅，厚度為500nm的3，3' 二甲基_5，5' -二叔丁基聯(lián)苯醌，厚度為200nm的SiO2。然后在表面旋涂一層厚度為10 μ m的NPB與F4-TCNQ的復(fù)合物(其中F4-TCNQ的物質(zhì)的量百分比為O. 05% )。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸鍍一層厚度為IOOnm的金屬銅，即得到本發(fā)明所述的全固態(tài)電儲(chǔ)能器件。測(cè)試表明，該全固態(tài)電儲(chǔ)能器件在3min內(nèi)完成充電，能量密度為 457ffh/kg, 8. 9kff/kg0實(shí)施例4
采用真空蒸鍍技術(shù)在玻璃表面依次蒸鍍面積為IOX 10cm2，厚度為IOOnm的金屬銅，厚度為500nm的3，3' - 二甲基_5，5' -二叔丁基聯(lián)苯醌，厚度為200nm的SiO2。然后在表面旋涂一層厚度為500nm的TH)與SbCl5的復(fù)合物(其中SbCl5的物質(zhì)的量百分比為O. 05% )。干燥固化后，在聚合物表面真空蒸鍍一層厚度為IOOnm的金屬銅，即得到本發(fā)明所述的全固態(tài)電儲(chǔ)能器件。測(cè)試表明，該全固態(tài)電儲(chǔ)能器件在57s內(nèi)完成充電，能量密度為481ffh/kg,9. lkW/kg。
權(quán)利要求
1.一種全固態(tài)電儲(chǔ)能器件的制備方法，其特征是，該制備方法包括以下步驟 (1)制備負(fù)極。電極為金屬鋁或其合金；或采用真空蒸鍍技術(shù)在酚醛樹脂片或玻璃片表面蒸鍍厚度為IOOnm的金屬銅； (2)制備電子存儲(chǔ)材料。在步驟(I)制得的電極表面，采用真空蒸鍍技術(shù)制備一層厚度為50nm 5 μ m的聯(lián)苯醌、噻咯中的一種或幾種的混合物； (3)制備絕緣材料。在步驟(2)制得的電子存儲(chǔ)材料層表面旋涂一層厚度IOOnm 5 μ m的二氧化硅和聚酰亞胺中的一種或兩種的混合物； (4)制備正電荷存儲(chǔ)材料。在步驟(3)制得的絕緣材料層表面旋涂一層復(fù)合物，旋涂所用復(fù)合物溶液為二胺聯(lián)苯(NPB)及其衍生物、三芳胺(TPD)及其衍生物、分子量為300 100000聚酚噻嗪類、聚對(duì)苯撐乙烯類、聚乙烯咔唑類聚合物中的一種或幾種的混合物與摻雜劑一定配比組成的溶液； (5)制備正極。在步驟(4)制得的器件經(jīng)干燥固化后，在正電荷存儲(chǔ)材料層表面真空蒸鍍一層IOOnm厚的金屬鋁或金屬銅，即得到本發(fā)明所述的全固態(tài)電儲(chǔ)能器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全固態(tài)儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于步驟(4)中所述摻雜劑為 SbCl5、I2、FeCl3、2，3，5，6-四氟 _7，7'，8，8'-四氰二甲基對(duì)苯醌(F4-TCNQ)以及三(4-溴苯基)六氯銻酸銨(TBAHA)的一種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的全固態(tài)儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于所述摻雜劑占復(fù)合物總物質(zhì)的量百分比為O. 02% 50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的全固態(tài)儲(chǔ)能材料的制備方法，所述的溶劑為氯仿、二氯甲烷、溴乙烷、甲苯、己烷中的一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的全固態(tài)儲(chǔ)能材料的制備方法，所述復(fù)合物溶液的質(zhì)量百分比濃度為I 20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的全固態(tài)儲(chǔ)能材料的制備方法，其特征在于所制備的正電荷存儲(chǔ)材料層厚度為200nm 15 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)電儲(chǔ)能器件的制備方法，所述的方法是采用真空蒸鍍技術(shù)在金屬電極上制備一層電子存儲(chǔ)材料，然后依次涂上絕緣材料和正電荷存儲(chǔ)材料，干燥固化后，最后在正電荷存儲(chǔ)材料表面蒸鍍一層金屬電極。本發(fā)明利用摻雜的方法對(duì)傳統(tǒng)正電荷存儲(chǔ)材料進(jìn)行改性，提高了電荷在其中的遷移速率，從而有效的提高器件的充放電效率，改善器件的工作性能。此外由于遷移速率的提高，正電荷存儲(chǔ)材料層厚度范圍可以適度變寬，因此能降低成膜制備工藝難度。
文檔編號(hào)H01G4/00GK102930980SQ20121039558
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者胡瀟文, 吳杰, 何敏, 楊海軍, 劉必前 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所, 劉必前