[发明专利]一种提高全固态电储能器件充电效率的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种提高全固态电储能器件充电效率的方法。

背景技术

储能设备在现在社会中具有十分重要的地位，日益普及的便携式电子设备和电动汽车对储能设备的性能提出了较高的要求。与此同时，为摆脱化石能源带来的能源枯竭、环境污染和气候变化问题，发展太阳能、风能等可再生能源已成为社会的共识，可再生能源通常具有的分散性和波动性特征，其应用起来非常不便。储能设备可以解决可再生能源在空间和时间上的缺陷，为其大规模应用奠定基础。制备高性能、绿色环保、安全可靠的储能设备，成为科学界和工业界的迫切任务。

传统的储能设备，如电池和电容器在储能领域发挥了重要的作用，但是电池的能量密度高而其功率密度较低，主要是由于电池要通过电化学反应才能产生电荷，因此充电或放电需要一定的时间，导致其功率密度较低。锂电池是近年来研究的热点，其能量密度和综合循环效率很高，但是在使用过程中容易发生短路、过充等现象，电容量也会缓慢衰退。超级电容是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件，它功率密度大，充放电速度快，寿命长，但其能量密度仍小于锂电池，限制了超级电容器在储能领域的应用。

专利201210376840.9公开了一种新型的全固态电储能器件，其使用电荷存储材料来储能，采用正电极/正电荷存储材料/绝缘材料/电子存储材料/负电极的夹心结构。这种全固态电储能器件具有高的能量密度和功率密度，没有电解质损耗，使用寿命长，安全性高。

这种全固态电储能器件选用的电极为铜、铝等金属电极，正电荷存储材料是聚对苯撑乙烯、聚乙烯咔唑、聚酚噻嗪中的一种或大于一种的复合物，电子存储材料是联苯醌、噻咯中的一种或大于一种的复合物构成。

该全固态电储能器件所使用的正电极的功函数与正电荷存储层的最高占据分子轨道(HOMO)能级，负电荷的功函数和电子存储层的最低未占有轨道(LUOM)的能级相差比较大，导致充电时在电极和储电材料之间形成能量势垒，电荷传输不是理想的欧姆接触，要将加在器件上的电场增大到一定程度才能使电荷充进去，而所用电压的大小取决于能量势垒的高低。

因此该发明的全固态电储能器件在充电时，需要施加较高的电压，以克服电极和电荷存储层之间的势垒，这样不仅需要高的能耗，器件的工作效率下降，而且高的电压也容易使得器件发生击穿而破坏。

发明内容

本发明提供一种提高全固态电储能器件充电效率的方法。

本发明的提高全固态储能器件充电效率的方法是在器件的电极层和电荷存储层之间引入电荷充电缓冲层，使器件形成正电极/正电荷充缓冲层/正电荷存储层/绝缘层/电子存储层/电子充电缓冲层/负电极的结构。

所述的电荷充电缓冲层是由缓冲材料单独成膜，或者缓冲材料与电荷存储材料复合成膜，缓冲材料和电荷存储材料复合的摩尔比为20∶80～80∶20。

所述的电荷充电缓冲层的加工方法，为磁控溅射法，真空蒸镀法，化学气相沉积(CVD)，原子层沉积(ALD)，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，电子束真空沉积，离子束真空沉积，溶液旋涂法等中的一种。

所述的缓冲层的厚度为5nm～100nm。

所述的缓冲材料是电势垒介于电极和电荷存储材料之间，具有较大的电荷迁移率，并且具有很好的稳定性，以及可加工性，分为正电荷缓冲材料和电子缓冲材料。

其中，

1.正电荷缓冲材料为联苯胺类，或者酞菁铜(CuPc)及其衍生物，或者聚3，4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)聚苯乙烯磺酸盐(PSS)的混合物，或者金属氧化物类中的一种或几种的混合物。

所述的联苯胺类为N，N′-二(萘-1-基)-N，N′-二苯胺-联苯胺；N，N′-二苯基-N，N′-双(3-甲基苯基)-1，1-二苯基-4，4′-二胺；4，4′，4″-三[N-(3-甲基)-N-苯胺基]三苯胺；4，4′，4″-三偶(3-甲基苯基苯胺)三苯胺；六噻吩；4，4′，4″-[N-2-萘基-N-苯胺基]-三苯胺；4，4′，4″-三-(N-1-萘基-N-苯胺基)-三苯胺；4，4′，4″-三(咔唑-9-基)-三苯胺；N，N，N，N-四(4-甲氧基苯基)-联苯胺等中的一种或几种的混合物；

所述的酞菁铜(CuPc)及其衍生物为磺化酞菁铜、酞酰亚胺甲基酞菁铜、氯甲基化酞菁铜、硝基化酞菁铜、氟代酞菁铜和氨基化酞菁铜等中的一种或几种的混合物；