[发明专利]基于MEMS技术的非对称微型超级电容及其制作方法

权利要求书

1.基于MEMS技术的非对称微型超级电容，其特征在于，它的结构如下：在衬底(1)上方依次设置正极复合层(6)和负极复合层(7)，正极复合层(6)和负极复合层(7)在水平方向上呈间隔排列，正极复合层(6)与相邻的负极复合层(7)之间存在间隙(8)；

正极复合层(6)的结构如下：绝缘层(5)、金属层(4)和正极材料(2)依次安装在衬底(1)上；

负极复合层(7)的结构如下：绝缘层(5)、金属层(4)和负极材料(3)依次安装在衬底(1)上；

正极材料(2)和负极材料(3)形成插指型电极结构。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的非对称微型超级电容，其特征在于，所述绝缘层(5)和金属层(4)在竖直方向上重叠；

所述绝缘层(5)和金属层(4)的横截面积均小于衬底(1)的横截面积。

3.基于MEMS技术的非对称微型超级电容的制作方法，其特征在于，分为以下步骤：

1)通过光刻和刻蚀工艺在衬底(1)上形成高宽比为0.2至10的正极沟槽(10)和负极沟槽(11)，正极沟槽(10)和负极沟槽(11)之间形成了衬底壁(13)，正极沟槽(10)和负极沟槽(11)共同呈现插指型结构；

2)在正极沟槽(10)的底部、负极沟槽(11)的底部和衬底壁(13)的顶部依次镀绝缘层(5)和金属层(4)；

3)进行光刻、刻蚀，去除位于衬底壁(13)的顶部的绝缘层(5)和金属层(4)；

4)该工序先制作正极材料(2)或先制作负极材料(3)；

首先制作正极材料(2)时使用掩蔽膜(12)遮盖负极沟槽(11)，然后制作负极材料(3)，同时使用掩蔽膜(12)遮盖正极沟槽(10)；

或者，首先制作负极材料(3)时使用掩蔽膜(12)遮盖正极沟槽(10)，然后制作正极材料(2)，同时使用掩蔽膜(12)遮盖负极沟槽(11)；

5)刻蚀掉位于正极材料(2)和负极材料(3)之间的衬底壁(13)，形成间隙(8)。

4.根据权利要求3所述的基于MEMS技术的非对称微型超级电容的制作方法，其特征在于，所述正极材料(2)的制作包括如下步骤：

1)取颗粒尺寸小于10um的金属氧化物作为活性材料，将上述金属氧化物和导电增强剂混合后球磨2-3小时，得到混合均匀的粉末；

2)然后将有机粘结剂溶于氮甲基吡咯烷酮或水中，再将上述混合均匀的粉末加入其中，搅拌获得正极材料(2)的均匀悬浊液；

3)最后将上述均匀悬浊液注入正极沟槽(10)，待溶剂挥发后，即留下由有机粘结剂粘结成型的正极材料(2)，在正极材料(2)中，金属氧化物的重量百分率为60-95wt％，导电增强剂的重量百分率为3-20wt％，有机粘结剂的重量百分率为2-20wt％。

5.根据权利要求3所述的基于MEMS技术的非对称微型超级电容的制作方法，其特征在于，所述负极材料(3)的制作包括如下步骤：

1)取颗粒尺寸小于10um的多孔碳作为活性材料，将上述金属氧化物和导电增强剂混合后球磨2-3小时，得到混合均匀的粉末；

2)然后将有机粘结剂溶于氮甲基吡咯烷酮或水中，再将上述混合均匀的粉末加入其中，搅拌获得负极材料(3)的均匀悬浊液；

3)最后将上述均匀悬浊液注入负极沟槽(11)，待溶剂挥发后，即留下由有机粘结剂粘结成型的负极材料(3)，在负极材料(3)中，多孔碳的重量百分率为60-95wt％，导电增强剂的重量百分率为3-20wt％，有机粘结剂的重量百分率为2-20wt％。

6.根据权利要求3所述的基于MEMS技术的非对称微型超级电容的制作方法，其特征在于，所述正极沟槽(10)和负极沟槽(11)的高宽比为0.2-10。

7.根据权利要求3所述的基于MEMS技术的非对称微型超级电容的制作方法，其特征在于，所述正极材料(2)和负极材料(3)均实现自支撑。

8.根据权利要求3所述的基于MEMS技术的非对称微型超级电容的制作方法，其特征在于，所述正极复合层(6)与负极复合层(7)的宽度之比介于2∶1到1∶4之间。