專利名稱：一種大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體地講，涉及一種大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前以電動(dòng)汽車、新能源(風(fēng)能、太陽能)為代表的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，以電網(wǎng)調(diào)峰、削峰填谷為代表的智能電網(wǎng)及航母電磁炮為代表的軍工行業(yè)都遇到了前所未有的困難，停滯不前，舉步維艱，其根本原因就是缺少高效大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源。到目前為止，人們已經(jīng)探索和開發(fā)了多種形式的電能儲(chǔ)能方式，其中以化學(xué)儲(chǔ)能電池和超級(jí)電容器儲(chǔ)能(ElectricalDoule-LayerCapacitor簡稱EDLC)、多層陶瓷電容器(Multi-layer ceramic capacitors 簡稱 MLCC)最具代表性。 目前市場上的儲(chǔ)能電池主要有鉛酸電池、鎳氫電池、液流釩電池、鋰電池、燃料電池等化學(xué)電池。這類化學(xué)電池通過化學(xué)能一電能的轉(zhuǎn)換過程，來實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放。而以鋰電池為代表的化學(xué)電池在能量密度方面已趨于極限，而且充放電速度慢、大功率鋰電池存在安全隱患等。為克服上述化學(xué)電池存在的難題，EDLC由于充放電速度快(以秒分鐘計(jì))，在近十年獲得的了迅速的發(fā)展，其原理是基于采用高比表面積電極材料，來增大電容量，上萬法拉的超級(jí)電容器已能批量生產(chǎn)。然而EDLC的單體模塊電壓低(〈3伏)，儲(chǔ)能很少，目前最好的雙電層電容器的比能量只有鋰電池的十分之一。MLCC雖具有充放電快壽命長、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但由于電容量小、儲(chǔ)能不足，目前尚無法用于大功率儲(chǔ)能。因此目前的儲(chǔ)能技術(shù)已嚴(yán)重制約了戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、智能電網(wǎng)及軍工行業(yè)的發(fā)展。因此有必要開發(fā)一種新的儲(chǔ)能技術(shù)來克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，本發(fā)明儲(chǔ)存能量大、充放電快和自放電率小。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的
一種大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，包括如下步驟
(1)配制介電絕緣材料墨水和內(nèi)電極導(dǎo)電材料墨水；
(2)制作3D層疊快速打印生坯，生成疊層芯片；
(3)對(duì)疊層芯片進(jìn)行干燥處理；
(4)對(duì)疊層芯片進(jìn)行等靜壓處理；
(5)對(duì)疊層芯片進(jìn)行燒結(jié)處理；
(6)對(duì)疊層芯片進(jìn)行倒角處理；
(7)制作疊層芯片的端電極；(8)對(duì)疊層芯片進(jìn)行測試并包裝。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟(2)包括如下步驟
(2. I)在基板上，打印設(shè)定尺寸的介電絕緣材料，即第一絕緣層；
(2. 2)在第一絕緣層的上方打印設(shè)定尺寸的內(nèi)電極導(dǎo)電材料,即第一導(dǎo)電層，其中所述第一導(dǎo)電層與所述第一絕緣層的左側(cè)邊靠齊，其余各邊與第一絕緣層各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量;
(2. 3)在第一導(dǎo)電層上方再打印設(shè)定尺寸的介電絕緣材料，即第二絕緣層； (2. 4)在第二絕緣層的上方再打印一層內(nèi)電極導(dǎo)電材料，即第二導(dǎo)電層，其中所述第二導(dǎo)電層與所述第二絕緣層的右側(cè)邊靠齊，其余各邊與第二絕緣層各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量;
(2. 5)在第二導(dǎo)電層的上方再打印一層與第二絕緣層厚度一樣的介電絕緣材料，即第三絕緣層，完成一個(gè)周期；
(2.6)根據(jù)事先設(shè)計(jì)的要求重復(fù)步驟(2. 2) - (2. 6)。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述介電絕緣材料墨水和內(nèi)電極導(dǎo)電材料墨水含有分散劑，所述分散劑為乙醇、乙酰丙酮、聚乙烯醇中的一種或者幾種。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述介電絕緣材料墨水用材料包括用金屬、稀土金屬、金屬氧化物、無堿玻璃、有機(jī)高分子材料進(jìn)行摻雜包覆的高純度納米鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇或者鈦酸銅鈣粉體。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述金屬包括鈣(Ca)、鋯(Zr)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鎂(Mg)中的一種或者幾種。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述稀土金屬包括鏑(Dy)、鉺(Er)、欽(HO)、釔(Y)、鐿(Yb)、鎵(Ga)、釹(Nd)、鉬(PT)、釤(Sm)和釓(Gd)中的一種或幾種。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述金屬氧化物包括三氧化二鋁(A1203)、氧化鈷(CoO)、三氧化二鉍(Bi2O3)中的一種或幾種。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述有機(jī)高分子材料包括聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯中的一種或幾種。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述內(nèi)電極導(dǎo)電材料墨水用材料包括單層石墨烯、石墨烯微片，納米炭管、活性炭及鋁粉、鎳粉、銀粉中的一種或幾種。作為對(duì)本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述生坯的干燥溫度在300-400°C，等靜壓壓力為 3-10MPa，燒結(jié)溫度為 500-1300°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的比能量可達(dá)200-1500 (Wh/Kg)，比功率可達(dá)1000 2000W/Kg，明顯超過現(xiàn)有以鋰電池為代表的化學(xué)電池和以雙電層超級(jí)電容器為代表的物理電池。該產(chǎn)品具有充放電快(10秒 5分鐘)，循環(huán)壽命大于10000次，自放電率30天內(nèi)小于O. 1%、安全可靠以及綠色無污染的特點(diǎn)。該產(chǎn)品有望取代鋰離子二次電池和雙電層超級(jí)電容器，在電動(dòng)汽車、風(fēng)能、太陽能儲(chǔ)能、電動(dòng)工具、各類照明燈具和通訊類電子產(chǎn)品等行業(yè)中做為電源或儲(chǔ)能裝置。本發(fā)明是基于3D層疊打印技術(shù)和新型納米材料技術(shù)。其核心技術(shù)之一是利用3D層疊快速打印技術(shù)，制造大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源，與現(xiàn)有的多層陶瓷電容(MLCC)和雙電層超級(jí)電容器制備技術(shù)相比，方便、快速，成本低，性能好。
本發(fā)明核心技術(shù)之二是利用以石墨烯為代表的高比表面積，高導(dǎo)電材料為內(nèi)電極材料，與普通的內(nèi)電極材料相比，內(nèi)電極面積增加5倍以上。根據(jù)電容器的計(jì)算公式C=S xe0xS/d; ε相對(duì)介電常數(shù)；ε ^真空介電常數(shù)
8.86Χ 10_12單位F/m ;面積S，單位平方米；極板間距d，單位米。在相同的情況下，電容量增大5倍以上。本發(fā)明核心技術(shù)之三是以含有鈣、鋇、鎂、鋁、鈦和多種稀土金屬的無機(jī)納米材料為介電絕緣材料，其相對(duì)介電常數(shù)在800 1，000，000之間可調(diào)，其薄膜型態(tài)的耐壓電場高>300V/um。由于其具有超高的耐壓場強(qiáng)，比雙電層超級(jí)電容器幾伏的耐壓提高了 100倍。
根據(jù)電容的能量計(jì)算公式，E=l/2 CV2, E儲(chǔ)能(J)，C為電容(F)，V為電壓(V)。能量密度是雙電層電容器10000倍。采用本發(fā)明制造方法，很容易制造出可儲(chǔ)能50KWh (50度電)的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源。可供功率IOkw的電動(dòng)汽車以100km/h的速度行駛500km，在充電站內(nèi)5分鐘就可充滿
電，像汽車加油一樣方便。


圖I為本發(fā)明專利大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的生產(chǎn)流程示意圖。圖2為本發(fā)明專利大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的剖面示意圖。圖3為本發(fā)明專利大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的外形結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I.為絕緣介電材料2.內(nèi)電極導(dǎo)電材料3.端電極。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的詳細(xì)描述。為了更清晰的說明本發(fā)明，下面將結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅限于下面的實(shí)例。實(shí)施例一
本實(shí)例提供了一種以石墨烯為內(nèi)電極導(dǎo)電材料、摻雜改性納米鈦酸鋇為絕緣介電材料的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法。首先將配置好的墨水在計(jì)算機(jī)控制下，采用3D層疊快速打印技術(shù)，沿厚度方將絕緣介電材料和內(nèi)電極材料分別逐層打印生坯，疊加而成，然后通過干燥、等靜壓、燒結(jié)、倒角、端電極制作、測試、包裝等工藝制造大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源。具體包括如下步驟
(I)在摻雜改性納米鈦酸鋇粉體中加入乙醇、乙酰丙酮配制介電絕緣材料墨水、在石墨烯中加入乙醇、乙酰丙酮配制導(dǎo)電墨水備用。(2)首先在基板上,打印一層厚度為O. Imm,長寬分別為10. 4mm、5. 4mm,的摻雜改性納米鈦酸鋇介電絕緣材料，即第一絕緣層。(3)在第一絕緣層的上方打印一層厚度為lum、長寬分別為10. 2mm、5. Omm的石墨烯導(dǎo)電材料，即第一導(dǎo)電層，其中一條邊與介電絕緣材料的左側(cè)邊靠齊，其余各邊與第一絕緣層各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量，本實(shí)例預(yù)留邊量均為O. 2mm。(4)在第一導(dǎo)電層的上面再打印一層厚度為3um,長寬分別為10. 4mm、5. 4mm摻雜改性納米鈦酸鋇介電絕緣材料，即第二絕緣層。
(5)在在第二絕緣層的上面再打印一層厚度為lum，長寬分別為10. 2mm、5. Omm的石墨烯導(dǎo)電材料，即第二導(dǎo)電層，其中一條邊與介電絕緣材料的的右側(cè)邊靠齊，其余各邊與絕緣材料各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量，本實(shí)例預(yù)留邊量均為O. 2_。兩層石墨烯之間的摻雜改性納米鈦酸鋇介電絕緣材料厚度為3um，兩層石墨烯的正對(duì)面極為50mm2。(6)在第二導(dǎo)電層的上面再打印一層與第二絕緣層厚度一樣的的摻雜改性納米鈦酸鋇介電絕緣材料，完成一個(gè)周期。(7)重復(fù)步驟(3)至步驟(6) 499次。(8)在疊層的最上面打印一層O. Imm厚的摻雜改性納米鈦酸鋇介電絕緣材料。其中第一層和最后一層為保護(hù)層，其擊穿電壓遠(yuǎn)大于內(nèi)部的介電層。(9)將上述制造的疊層芯片放置在高溫爐內(nèi)干燥排膠，排膠溫度在300°C
(10)將上述疊層芯片排膠后進(jìn)行等靜壓處理。等靜壓壓力在3MPa
(11)將上述疊層芯片等靜壓處理后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度800°C
(12)將上述疊層芯片高溫?zé)Y(jié)后的芯片兩端進(jìn)行外電極電鍍處理，得到一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片。本實(shí)例中大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片共有1000層石墨烯導(dǎo)電層，每兩層石墨烯之間形成一個(gè)平板電容，這樣一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片由999個(gè)平板電容并聯(lián)組成。每個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片厚度為O. Imm+(O. 001+0. 003)x2x500+0. 1=8. 2mm,體積為10. 4mmx5. 4mmx8. 2mm=46Imm3=O. 461cm3。其中內(nèi)電極石墨烯所占體積為 10. 2mmx5. OmmxO. OOlmmx2x500=5Imm3=O. 051cm3.慘雜改性納米欽酸鋇所占體積為O. 46Icm3-O. 05Icm3=O. 41cm3。內(nèi)電極石墨烯的比重2g/cm3，絕緣材料摻雜改性納米鈦酸鋇為比重6g/cm3。由此可計(jì)算出一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片的質(zhì)量為O. 41x6+0. 051x2=2. 562g。本實(shí)例中內(nèi)電極正對(duì)面積為50mm2。由于采用石墨烯為內(nèi)電極導(dǎo)電材料，其比表面積為普通材料的5倍以上。在本實(shí)例中，相當(dāng)于正對(duì)面增加至少5倍，以5倍計(jì)，內(nèi)電極面積擴(kuò)大為為250mm2。本實(shí)例中摻雜改性納米鈦酸鋇絕緣介電材料的介電常數(shù)達(dá)到20000，介電層耐壓達(dá)到300V/um,根據(jù)公式C = ε χ ε pS/d計(jì)算，一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片的電容=20000x8. 86X 1(Γ12χ250χ1(Γ7(λ 000003x999=0. 01469(F)。3um 厚的介電絕緣材料能承受900V電壓，一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片儲(chǔ)存的能量E=l/2 CV2=O. 5x0 . 0 1 469x9002=59 49.5 (J) /3600 秒=1. 65wh。要儲(chǔ)存 50kwh 電能，需要 50kwhxl000/l. 6526=30256 個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片。30256個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片組成的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源總質(zhì)量為30256x2. 562g=77516g ^ 77. 5kg?？傮w積為0. 461cm3x30256=13948cm3 ^ 13. 95dm3 (升)，總電容量為30256X0. 01469(F) ^ 444. 5F。本實(shí)例中大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源質(zhì)量比能量為50kwxl000/77. 5kg ^ 645wh/kgo本實(shí)例中大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源體積比能量為50kwxl000/13. 95dm3 ^ 3585wh/dm3。實(shí)施例二
本實(shí)例提供了一種以納米鈦酸銅鈣為介電絕緣材料、納米鎳粉為內(nèi)電極導(dǎo)電材料的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法。首先將配置好的墨水在計(jì)算機(jī)控制下，采用3D層疊快速打印技術(shù)，沿厚度方將納米鈦酸銅鈣和納米鎳粉分別逐層打印生坯，疊加而成，然后通過干燥、等靜壓、燒結(jié)、倒角、端電極制作、測試、包裝等工藝制造大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源。具體包括如下步驟
(I)在納米鈦酸銅鈣粉體中加入聚乙烯醇、乙酰丙酮配制介電絕緣材料墨水、在納米鎳粉中加入聚乙烯醇、乙酰丙酮配制導(dǎo)電墨水備用。(2)首先在基板上,打印一層厚度為O. 1mm、長寬分別為10. 4mm、5. 4mm的的納米鈦酸銅鈣絕緣介電材料(第一絕緣層)。(3)在第一絕緣材料的上方打印一層厚度為lum、長寬分別為10. 2mm,5. Omm的納米鎳粉導(dǎo)電層(第一導(dǎo)電層)，其中一條邊與介電絕緣材料的左側(cè)邊靠齊，其余各邊與絕緣材料層各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量，本實(shí)例預(yù)留邊量均為O. 2mm。(4)在第一導(dǎo)電層的上面再打印一層厚度為3um,長寬分別為10. 4mm、5. 4mm納米 鈦酸銅鈣介電絕緣材料(第二絕緣層)。(5)在第二絕緣層的上面再打印一層厚度為lum，長寬分別為10. 2mm,5. Omm的納米鎳粉導(dǎo)電材料(第二導(dǎo)電層)。其中一條邊與介電絕緣材料的右側(cè)條邊靠齊，其余各邊與絕緣材料各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量，本實(shí)例預(yù)留邊量均為O. 2mm。兩層納米鎳粉之間的摻納米鈦酸銅鈣介電絕緣材料厚度為3um，兩層納米鎳粉的正對(duì)面極為50mm2。(6)在第二導(dǎo)電層的上面再打印一層與第二絕緣層厚度一樣的的納米鈦酸銅鈣介電絕緣材料，完成一個(gè)周期。(7 )重復(fù)步驟三至步驟六499次。(8)在疊層的最上面打印一層O. Imm厚的納米鈦酸銅鈣絕緣介電層。其中第一層和最后一層為保護(hù)層，其擊穿電壓遠(yuǎn)大于內(nèi)部的介電層。(9)將上述制備的疊層芯片放置在高溫爐內(nèi)干燥排膠，排膠溫度在350°C
(10)將上述芯片排膠后進(jìn)行等靜壓處理。等靜壓壓力在5MPa
(II)將上述芯片等靜壓處理后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度1000°C
(12)將上述芯片高溫?zé)Y(jié)后的芯片兩端進(jìn)行外電極電鍍處理，得到一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片。本實(shí)例中大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片共有1000層納米鎳粉導(dǎo)電層，每兩層納米鎳粉之間形成一個(gè)平板電容，這樣一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片由999個(gè)平板電容并聯(lián)組成。每個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片厚度為O. Imm+(O. 001+0. 003)x2x500+0. 1=8. 2mm,體積為 10. 4mmx5. 4mmx8. 2mm=46Imm3=O. 461cm3。其中內(nèi)電極石墨烯所占體積為 10. 2mmx5. Ommx
O.00Immx2x500=5Imm3=O. 051cm3.慘雜欽酸銅I丐所占體積為0· 46Icm3-O. 05Icm3=O. 41cm3。內(nèi)電極納米鎳粉的比重8. 9g/cm3,絕緣材料納米鈦酸銅鈣為比重6. 2g/cm3。由此可計(jì)算出一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片的質(zhì)量為O. 41x6. 2+0. 051x8. 9=3. 016g。本實(shí)例中內(nèi)電極正對(duì)面積為50mm2。本實(shí)例中摻雜改性納米鈦酸鋇絕緣介電材料的介電常數(shù)達(dá)到80000,介電層耐壓達(dá)到300V/um,根據(jù)公式C = ε χ ε pS/d計(jì)算,一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片的電容=80000x8. 86X 1(Γ12χ50χ1(Γ6/0. 000003x999 ^ O. 01175(F)。3um厚的介電絕緣材料能承受900V電壓，一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片儲(chǔ)存的能量 E= 1/2 CV2=O. 5x0 . 01175x9002=47 58 . 75(J)/3600 秒 I. 32wh。要儲(chǔ)存 50kwh 電能，需要50kwhxl000/l. 32 ^ 37828個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片。37828個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片組成的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源總質(zhì)量為37828x3. 016g=114089g^ 114kg?？傮w積為:0. 461cm3x37828=17438. 7cm3 ^ 17. 4dm3 (升)，總電容量為444. 48F。本實(shí)例中大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源質(zhì)量比能量為50kwxl000/114kg ^ 438wh/kg 本實(shí)例中大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源體積比能量為50kwxl000/17. 4dm3 ^ 2867wh/dm3。實(shí)施例三
本實(shí)例提供了一種摻雜改性納米鈦酸鍶鋇為絕緣介電材料、以納米鋁粉為內(nèi)電極導(dǎo)電材料的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法。首先將配置好的墨水在計(jì)算機(jī)控制下，采用3D層疊快速打印技術(shù)，沿厚度方將納米鈦酸鍶鋇和納米鋁粉分別逐層打印生坯，疊加而成，然后通過干燥、等靜壓、燒結(jié)、倒角、端電極制作、測試、包裝等工藝制造大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源。具體包括如下步驟
(I)在摻雜改性納米鈦酸鍶鋇粉體中加入乙醇、聚乙烯醇配制介電絕緣材料墨水、在納 米鋁粉中加入乙醇、聚乙烯醇配制導(dǎo)電墨水備用。(2)首先在基板上,打印一層厚度為O. Imm長寬分別為10. 4mm、5. 4mm的的摻雜改性納米鈦酸鍶鋇介電絕緣材料(第一絕緣層)。(3)在第一絕緣層的上方打印一層厚度為lum、長寬分別為10. 2mm、5. Omm的納米鋁粉導(dǎo)電材料(第一導(dǎo)電層)。其中一條邊與介電絕緣材料的左側(cè)邊靠齊，其余各邊與第一絕緣層各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量，本實(shí)例預(yù)留邊量均為O. 2mm。(4)在第一導(dǎo)電層的上面再打印一層厚度為3um,長寬分別為10. 4mm、5. 4mm摻雜改性納米鈦酸鍶鋇介電絕緣材料(第二絕緣層)。(5)在在第二絕緣層的上面再打印一層厚度為lum，長寬分別為10. 2mm、5. Omm的納米鋁粉導(dǎo)電材料(第二導(dǎo)電層)。其中一條邊與介電絕緣材料的右側(cè)條邊靠齊，其余各邊與絕緣材料各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量，本實(shí)例預(yù)留邊量均為O. 2mm。兩層納米鋁粉之間的摻雜改性納米鈦酸鍶鋇介電絕緣材料厚度為3um，兩層納米鋁粉的正對(duì)面極為50mm2。(6)在第二導(dǎo)電層的上面再打印一層與第二絕緣層厚度一樣的的摻雜改性納米鈦酸鍶鋇介電絕緣材料，完成一個(gè)周期。(7)重復(fù)步驟三至步驟六499次。(8)在疊層的最上面打印一層O. Imm厚的摻雜改性納米鈦酸鍶鋇介電絕緣材料。其中第一層和最后一層為保護(hù)層，其擊穿電壓遠(yuǎn)大于內(nèi)部的介電層。(9)將上述制備的疊層芯片放置在高溫爐內(nèi)干燥排膠，排膠溫度在300°C
(10)將上述疊層芯片排膠后進(jìn)行等靜壓處理。等靜壓壓力在IOMPa
(II)將上述疊層芯片等靜壓處理后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度550°C。(12)將上述疊層芯片高溫?zé)Y(jié)后的芯片兩端進(jìn)行外電極電鍍處理，得到一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片。本實(shí)例中大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片共有1000層納米鋁粉導(dǎo)電層，每兩層納米鋁粉之間形成一個(gè)平板電容，這樣一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片由999個(gè)平板電容并聯(lián)組成。每個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片厚度為O. Imm+(O. 001+0. 003)x2x500+0. 1=8. 2mm,體積為10. 4mmx5. 4mmx8. 2mm=46 Imm3=O. 461cm3。其中內(nèi)電極納米招粉所占體積為
10.2mmx5. OmmxO. 00Immx2x500=5Imm3=O. 051cm3。慘雜改性納米欽酸銀鋇所占體積為
O.461cm3-0. 051cm3=0. 41cm3。內(nèi)電極納米鋁粉的比重2. 7g/cm3,絕緣材料摻雜改性納米鈦酸鍶鋇為比重6g/cm3。由此可計(jì)算出一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片的質(zhì)量為
O.461x6+0. 051x2. 7=2. 598g。本實(shí)例中內(nèi)電極正對(duì)面積為50mm2。本實(shí)例中摻雜改性納米鈦酸鍶鋇絕緣介電材料的介電常數(shù)達(dá)到25000,介電層耐壓達(dá)到500V/um,根據(jù)公式C= ε χ ε 0xS/d計(jì)算，一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片的電容=25000x8. 86X 1(Γ12χ50χ1(Γ70. 000003x999 ^ O. 003673(F)。3um厚的介電絕緣材料能承受1500V電壓，一個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片儲(chǔ)存的能量E=l/2 CV2=O. 5x0 . 00 3 6 7 3x15002=4 1 32. I (J) /3600 秒 I. 148wh。要儲(chǔ)存 50kwh 電能，需要50kwhxl000/l. 148 ^ 43555個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片。43555個(gè)大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源芯片組成的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源總質(zhì)量為43555x2. 598g=l 13155. 9g ^ 113. 2kg。總體積為:0. 461cm3x43555=20078. 9cm3 ^ 20. 8dm3 (升)，總電容量為43555X0. 003673(F) ^ 160F。
本實(shí)例中大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源質(zhì)量比能量為50kwxl000/113. 2kg ^ 441. 7wh/
kg ο本實(shí)例中大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源體積比能量為50kwxl000/20. 8dm3 ^ 2403. 8wh/dm3。當(dāng)然，上述說明并非對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)配制介電絕緣材料墨水和內(nèi)電極導(dǎo)電材料墨水； (2)制作3D層疊快速打印生坯，生成疊層芯片； (3)對(duì)疊層芯片進(jìn)行干燥處理； (4)對(duì)疊層芯片進(jìn)行等靜壓處理； (5)對(duì)疊層芯片進(jìn)行燒結(jié)處理； (6)對(duì)疊層芯片進(jìn)行倒角處理； (7)制作疊層芯片的端電極； (8)對(duì)疊層芯片進(jìn)行測試并包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，所述步驟(2)包括如下步驟 (2. I)在基板上，打印設(shè)定尺寸的介電絕緣材料，即第一絕緣層； (2. 2)在第一絕緣層的上方打印設(shè)定尺寸的內(nèi)電極導(dǎo)電材料,即第一導(dǎo)電層，其中所述第一導(dǎo)電層與所述第一絕緣層的左側(cè)邊靠齊，其余各邊與第一絕緣層各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量; (2. 3)在第一導(dǎo)電層上方再打印設(shè)定尺寸的介電絕緣材料，即第二絕緣層； (2. 4)在第二絕緣層的上方再打印一層內(nèi)電極導(dǎo)電材料，即第二導(dǎo)電層，其中所述第二導(dǎo)電層與所述第二絕緣層的右側(cè)邊靠齊，其余各邊與第二絕緣層各邊均留出預(yù)設(shè)的留邊量; (2. 5)在第二導(dǎo)電層的上方再打印一層與第二絕緣層厚度一樣的介電絕緣材料，即第三絕緣層，完成一個(gè)周期； (2. 6)根據(jù)事先設(shè)計(jì)的要求重復(fù)步驟(2. 2) - (2. 6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，所述介電絕緣材料墨水和內(nèi)電極導(dǎo)電材料墨水含有分散劑，所述分散劑為乙醇、乙酰丙酮、聚乙烯醇中 的一種或者幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，所述介電絕緣材料墨水用材料包括用金屬、稀土金屬、金屬氧化物、無堿玻璃、有機(jī)高分子材料進(jìn)行摻雜包覆的高純度納米鈦酸鋇、鈦酸鍶鋇或者鈦酸銅鈣粉體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，所述金屬包括鈣(Ca)、鋯(Zr)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鎂(Mg)中的一種或者幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，所述稀土金屬包括鏑(Dy)、鉺(Er)、欽(HO)、釔(Y)、鐿(Yb)、鎵(Ga)、釹(Nd)、鉬(PT)、釤(Sm)和釓(Gd)中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，所述金屬氧化物包括三氧化二鋁(A1203)、氧化鈷(CoO)、三氧化二鉍(Bi2O3)中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，所述有機(jī)高分子材料包括聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，所述內(nèi)電極導(dǎo)電材料墨水用材料包括單層石墨烯、石墨烯微片，納米炭管、活性炭及鋁粉、鎳粉、銀粉中的一種或幾種。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，所述生坯的干燥溫度在300-400°C，等靜壓壓力為3-10MPa，燒結(jié)溫度為500-1300°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率超級(jí)儲(chǔ)能電源的制造方法，其特征在于，包括如下步驟(1)配制介電絕緣材料墨水和內(nèi)電極導(dǎo)電材料墨水；(2)制作3D層疊快速打印生坯，生成疊層芯片；(3)對(duì)疊層芯片進(jìn)行干燥處理；(4)對(duì)疊層芯片進(jìn)行等靜壓處理；(5)對(duì)疊層芯片進(jìn)行燒結(jié)處理；(6)對(duì)疊層芯片進(jìn)行倒角處理；(7)制作疊層芯片的端電極；(8)對(duì)疊層芯片進(jìn)行測試并包裝。
文檔編號(hào)H01G4/33GK102938321SQ20121050526
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者劉振升, 胡立祥 申請(qǐng)人:濟(jì)南航醫(yī)納科技有限公司