CN106876152B - 一种超级电容电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超级电容电池及其制造方法,涉及电容器领域。包括：若干阴极，每个阴极包括第一衬底，在第一衬底的上形成的若干第一梳齿，若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，以及覆盖每个第一梳齿的表面和第一衬底的表面的石墨烯层；若干阳极包括主体部分以及与主体部分垂直连接的若干第二梳齿，在每个第二梳齿外端面上形成有隔离膜，阳极和阴极交替排列，且相邻的阳极的梳齿和阴极的梳齿相互交叉并彼此之间有空隙；阴极和阳极放置于密封盒中；电解质溶液填充于密封盒以及空隙中。本发明的超级电容电池的阴极和阳极为相互交叉的梳齿状结构，使得阴极和阳极之间的距离降低，石墨烯层沉积在具有梳齿状的衬底上用于阴极的功能，提高了电容密度。

Description

一种超级电容电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及电容器领域，具体而言涉及一种超级电容电池及其制造方法。
背景技术
超级电容电池是一种新型储能装置，它具有充电时间短、比功率较高、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，其应用广泛，尤其是在能源储备，重工业领域中显示出巨大的应用前景。近年来，超级电容电池已经引起全世界科研工作者的关注和研究。
石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约1Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
鉴于石墨烯的优越性能，有必要提出一种新的超级电容电池及其制造方法，以将石墨烯应用于超级电容电池提高电池的性能。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明实施例一提供一种超级电容电池，包括：
若干阴极，每个所述阴极包括第一衬底，在所述第一衬底的第一表面上形成的与所述第一表面垂直的若干第一梳齿，所述若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，以及覆盖每个所述第一梳齿的表面和所述第一衬底的所述第一表面的石墨烯层；
若干阳极，所述阳极包括主体部分以及与所述主体部分的第一侧面垂直连接的若干第二梳齿，所述第二梳齿沿同一方向以第二间隔排列，在每个所述第二梳齿外端面上形成有隔离膜，
其中，所述阳极和所述阴极交替排列，且相邻的所述阳极的梳齿和所述阴极的梳齿相互交叉并彼此之间有空隙；
密封盒，所述阴极和所述阳极放置于所述密封盒中；
电解质溶液，填充于所述密封盒以及所述空隙中。
进一步地，在每个所述第一衬底的与所述第一表面相对的第二表面上形成有若干第三梳齿，所述若干第三梳齿与所述第二表面垂直，所述第三梳齿具有与所述第一梳齿相同的排列方向，且在每个所述第三梳齿的表面和所述第一衬底的所述第二表面上覆盖有石墨烯层。
进一步地，所述若干第三梳齿与所述若干第一梳齿具有相同的数目且一一对应。
进一步地，在每个所述阳极的所述主体部分的第二侧面上形成有若干第四梳齿，其中，所述第二侧面与所述第一侧面相对，所述第四梳齿具有与所述第二梳齿相同的排列方向，在所述第四梳齿外端面上形成有所述隔离膜。
进一步地，所述若干第四梳齿与所述若干第二梳齿具有相同的数目且一一对应。
进一步地，所述第一梳齿的宽度小于所述第二间隔，所述第二梳齿的宽度小于所述第一间隔。
进一步地，所述第一衬底、所述第一梳齿和所述第三梳齿的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。
进一步地，所述石墨烯层为多层石墨烯，或者，所述石墨烯层包括石墨烯和石墨的混合物。
进一步地，所述电解质溶液包括咪唑-Al2Cl7和/或吡啶-Al2Cl7。
进一步地，所述阳极的材料为金属材料。
进一步地，所述金属材料包括铝。
本发明实施例二提供一种超级电容电池的制造方法，包括：
步骤A1：制备若干阴极和若干阳极，其中，制备每个所述阴极的方法包括步骤：
步骤S11：提供第一衬底，在所述第一衬底的第一表面上形成与所述第一表面垂直的若干第一梳齿，所述若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，
步骤S12：形成覆盖每个所述第一梳齿的表面和所述第一衬底的所述第一表面的石墨烯层，
制备每个所述阳极的方法包括以下步骤：
步骤S21：提供第二衬底，在所述第二衬底的正面形成图案化的隔离膜，
步骤S22：刻蚀暴露的部分所述第二衬底，以形成所述阳极的主体部分以及与所述主体部分的垂直连接的若干第二梳齿，所述第二梳齿沿同一方向以第二间隔排列；
步骤A2：提供密封盒，将所述阴极和所述阳极放置于所述密封盒中，且使所述阳极的梳齿和所述阴极的梳齿相互交叉，且在彼此之间有空隙；
步骤A3：采用电解质溶液填充所述密封盒以及所述空隙。
进一步地，在所述步骤S11中，形成所述第一梳齿的步骤包括：
S111：提供所述第一衬底，在所述第一衬底的正面形成第一硬掩膜层；
S112：图案化所述第一硬掩膜层，以在所述第一硬掩膜层中形成若干第一开口；
S113：在所述若干第一开口中填充第一梳齿材料层，以形成所述第一梳齿；
S114：去除所述第一硬掩膜层。
进一步地，在所述步骤S111中，还包括在所述第一衬底的背面形成第二硬掩膜层的步骤，且在所述步骤114之后，还包括步骤：刻蚀所述第二硬掩膜层，以在所述第二硬掩膜层中形成若干第二开口，在所述若干第二开口中填充第三梳齿材料层，以形成所述第三梳齿，去除所述第二硬掩膜层。
进一步地，在所述步骤S12中，还包括在所述第三梳齿的表面和所述第一衬底的背面形成所述石墨烯层的步骤。
进一步地，所述石墨烯层为多层石墨烯，或者，所述石墨烯层包括石墨烯和石墨的混合物。
进一步地，所述若干第三梳齿与所述若干第一梳齿具有相同的数目且一一对应。
进一步地，所述第一衬底、所述第一梳齿和所述第三梳齿的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。
进一步地，形成每个所述阳极的方法在所述步骤S22之后还包括以下步骤：
步骤S23：在所述第二衬底的背面形成图案化的所述隔离膜；
步骤S24：从所述第二衬底的背面刻蚀暴露的所述第二衬底直到部分深度，形成与所述阳极的主体部分垂直的第四梳齿。
进一步地，所述若干第四梳齿与所述若干第二梳齿具有相同的数目且一一对应。
本发明的实施例中的超级电容电池的阴极和阳极为相互交叉的梳齿状结构，使得阴极和阳极之间的距离显著降低，石墨烯层沉积在具有梳齿状的衬底上用于阴极的功能，提高了电容密度，因此本发明的实施例中的超级电容电池具有优异的性能。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1示出了本发明的一具体实施方式的超级电容电池的结构的俯视图；
图2A-2I示出了本发明一具体实施方式的超级电容电池的阴极的制造方法依次实施所获得结构的剖视图；
图3A-3E示出了本发明一具体实施方式的超级电容电池的阳极的制造方法依次实施所获得结构的剖视图；
图4为本发明一具体实施方式的超级电容电池的制造方法的流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
实施例一
下面，参考图1对本发明一具体实施例的超级电容电池的结构做详细描述。其中，图1示出了本发明的一具体实施方式的超级电容电池的结构的俯视图。
作为示例，本实施例中的超级电容电池具体包括如下结构：
如图1所示，超级电容电池包括若干阴极100，每个所述阴极100包括第一衬底101，在所述第一衬底101的第一表面1011上形成的与所述第一表面1011垂直的若干第一梳齿102a，所述若干第一梳齿102a沿同一方向以第一间隔排列，以及覆盖每个所述第一梳齿102a的表面和所述第一衬底101的所述第一表面1011的石墨烯层103。
值得一提的是，所述第一梳齿102a的形状可以为长方体、立方体等，对于下文中提到的梳齿其形状与第一梳齿102a相近或相同。
作为示例，进一步地，在每个所述第一衬底101的与所述第一表面1011相对的第二表面1012上形成有若干第三梳齿102b，所述若干第三梳齿102b与所述第二表面1012垂直，所述第三梳齿102b具有与所述第一梳齿102a相同的排列方向，且在每个所述第三梳齿102b的表面和所述第一衬底101的所述第二表面1012上覆盖有石墨烯层103。进一步地，所述若干第三梳齿102b以所述第一间隔排列。
示例性地，所述若干第三梳齿102b与所述若干第一梳齿102a具有相同的数目且一一对应。进一步地，第一梳齿102a和第三梳齿102b可以具有相同的尺寸。
值得一提的是，在此第一梳齿102a和第三梳齿102b的数量还可以不同。
作为示例，所述第一衬底101、所述第一梳齿102a和所述第三梳齿102b的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。本实施中，第一衬底101和第二梳齿102a以及第三梳齿102b具有相同的材质，较佳地，均为金属Cu。
进一步地，所述石墨烯层103为多层石墨烯，或者，所述石墨烯层103包括石墨烯和石墨的混合物。多层石墨烯指由3-10层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛，ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。在本实施中，多层石墨烯的层数可以达到10层。
本实施中的超级电容电池包括若干阳极200，所述阳极200包括主体部分201以及与所述主体部分201的第一侧面2011垂直连接的若干第二梳齿202a，所述第二梳齿202a沿同一方向以第二间隔排列，在每个所述第二梳齿202a外端面上形成有隔离膜203。
进一步地，在每个所述阳极200的所述主体部分201的与所述第一侧面2011相对的第二侧面2012上形成有若干所述第四梳齿202b，所述第四梳齿202b具有与所述第二梳齿202a相同的排列方向，在所述第四梳齿202b外端面上形成有所述隔离膜203。
进一步地，所述若干第四梳齿202a与所述若干第二梳齿202b具有相同的数目且一一对应。较佳地，第四梳齿202a与第二梳齿202b可以具有相同的尺寸。
阳极200的材料为金属材料，该金属材料包括但不限于金、银、铝、铜、锡等，本实施例中，阳极200的材料为金属铝。
隔离膜203用于使得阳极200和阴极100相接触的端面绝缘。隔离膜203可通过使用诸如氧化硅层、氮化硅层、或氮氧化硅层的无机绝缘层，也可为具有绝缘作用的有机绝缘层。本实施例中，隔离膜203的材料较佳地为氮化硅层。
本实例中的超级电容电池还包括密封盒300，密封盒用于作为超级电容电池的密封容器，所述阴极100和所述阳极200放置于所述密封盒300中，所述阳极200和所述阴极100交替排列，且相邻的所述阳极200的梳齿和所述阴极100的梳齿相互交叉并彼此之间有空隙。
其中，相邻的第二梳齿202a之间的间隔大于所述第一梳齿201a的宽度与约2倍的所述石墨烯层103的厚度之和。
作为示例，在所述密封盒300以及相邻的所述阳极200的梳齿和所述阴极100的梳齿相互交叉形成的空隙中填充有电解质溶液301。电解质溶液301可以为本领域技术人员熟知的任何合适的作为超电容电池的电解质溶液，其中，本实施例中，较佳地，电解质溶液301可以包括咪唑-Al2Cl7和/或吡啶-Al2Cl7。
本发明的超级电容电池可以为一种Al超级电容电池，其一般为采用铝材料作为阳极的超级电容电池，超级电容电池是一种无源器件，介于电池和普通电容器之间，具有电容器的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子释放电流，从而为设备提供电源。对于完整的超级电容电池还可以包括其他元件，例如固定(fixing)元件，合理的布线等，在此不再赘述。
综上所述，本发明的实施例中的超级电容电池的阴极和阳极为相互交叉的梳齿状结构，使得阴极和阳极之间的距离显著降低，石墨烯层沉积在具有梳齿状的衬底上用于阴极的功能，提高了电容密度，因此本发明的实施例中的超级电容电池具有优异的性能。
实施例二
下面，参考图1、图2A-2I、3A-3E以及图4对本发明一具体实施例的超级电容电池的制造方法做详细描述。其中，图2A-2I示出了本发明一具体实施方式的超级电容电池的阴极的制造方法依次实施所获得结构的剖视图；图3A-3E示出了本发明一具体实施方式的超级电容电池的阴极的制造方法依次实施所获得结构的剖视图；图4为本发明一具体实施方式的超级电容电池的制造方法的流程图。
作为示例，本发明的超级电容电池的制造方法包括以下步骤：
首先，执行步骤S401，制备若干阴极和若干阳极。
具体地，在一个示例中，制备每个所述阴极的方法包括步骤：
首先，如图2A所示，提供第一衬底101。
第一衬底101的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。本实施例中，较佳地，第一衬底101的材料为Cu。
接着，如图2B所示，在所述第一衬底101的正面形成第一硬掩膜层111。
第一硬掩膜层111的材料包括但不限于氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，本实施例中，较佳地第一硬掩膜层111的材料为TEOS氧化硅。可采用本领域技术人员熟知的任何沉积方法例如化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积等形成，其中第一硬掩膜层111的厚度与之后预定形成的阴极的梳齿的高度近似的相等。
在一个示例中，如图2C所示，还可在在所述第一衬底的背面形成第二硬掩膜层112。该第二硬掩膜层112用于在第一衬底的背面形成梳齿。其材料可以采用与第一硬掩膜层111相同或者不同的材料，本实施例中，第二硬掩膜层112的材料可以为TEOS氧化硅。
接着，如图2D和图2E所示，图案化所述第一硬掩膜层111，以在所述第一硬掩膜层111中形成若干开口114。
可采用光刻工艺和刻蚀工艺实现对第一硬掩膜层111的图案化，具体地，如图2D所示，可通过旋涂、曝光、显影等光刻工艺在第一硬掩膜层111上形成图案化的光刻胶层113，接着如图2E所示，通过刻蚀工艺，例如干法刻蚀或者湿法刻蚀，刻蚀第一硬掩膜层111，将光刻胶层的图案转移到第一硬掩膜层111中，以在所述第一硬掩膜层111中形成若干开口114。该开口114与预定形成的第一梳齿102a具有相同的尺寸。
接着，如图2F所示，在所述若干开口114中填充第一梳齿材料层，以形成所述第一梳齿102a。
具体地，可先采用沉积在开口114中和第一硬掩膜层111的表面上形成第一梳齿材料层，并第一梳齿材料层进行化学机械研磨工艺停止于第一硬掩膜层111的表面，以形成所述第一梳齿102a。第一梳齿102a的材料可以材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。可采用本领域技术人员熟知的任何方法进行第一梳齿材料层的沉积。本实施例中，第一梳齿102a的材料较佳地为金属Cu，可采用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或者电化学电镀(ECP)等工艺形成。
接着，如图2G所示，去除所述第一硬掩膜层111。
根据第一硬掩膜层111的材料选择合适的去除方法，既可以采用干法刻蚀也可以采用湿法刻蚀移除第一硬掩膜层111。干法刻蚀能够采用基于氟化碳气体的各向异性蚀刻法。湿法刻蚀能够采用氢氟酸溶液，例如缓冲氧化物蚀刻剂(buffer oxide etchant(BOE))或氢氟酸缓冲溶液(buffer solution of hydrofluoric acid(BHF))。形成的所述若干第一梳齿102a沿同一方向以一定的间隔排列。该间隔大于之后预定形成的阳极的梳齿的宽度。
之后，如图2H所示，可采用与形成第一梳齿102a基本相同的方法形成第三梳齿102b，示例性地，包括步骤：刻蚀所述第二硬掩膜层112，以在所述第二硬掩膜层中形成若干开口，在该若干开口中填充第三梳齿材料层，以形成所述第三梳齿，去除所述第二硬掩膜层112。
示例性地，所述若干第三梳齿102b与所述若干第一梳齿102a具有相同的数目且一一对应。进一步地，第一梳齿102a和第三梳齿102b可以具有相同的尺寸。
值得一提的是，在此第一梳齿102a和第三梳齿102b的数量还可以不同。
所述第三梳齿102b的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。本实施中，第一衬底101和第二梳齿102a以及第三梳齿102b具有相同的材质，较佳地，均为金属Cu。
最后，作为示例，如图2I所示，形成覆盖第一梳齿102a的表面、第一衬底101的正面、第三梳齿102b的表面和第一衬底的背面的石墨烯层103。
示例性地，所述石墨烯层103可以为多层石墨烯，或者，所述石墨烯层103包括石墨烯和石墨的混合物。多层石墨烯指由3-10层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛，ABA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。在本实施中，多层石墨烯的层数可以达到10层。
可采用包括但不限于碳化硅外延生长法、有机合成法、化学气相沉积(CVD)或常压化学气相沉积法(APCVD)等沉积方法形成。其中化学气相沉积法的具体制备过程包括：将气态碳源通向反应室然后在反应室中的阴极基底表面上高温分解，在反应室中的第一衬底、第一梳齿和第三梳齿的表面上生长出石墨烯。其中，气态碳源可以选用甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)及乙炔(C2H2)等。控制沉积温度范围在600～1200℃。其中，在沉积温度范围为900～1000℃时，石墨烯的层数可以达到10层，而当沉积温度范围为600～900℃时，形成的为石墨烯和石墨的混合物，而这种结构的石墨烯层有利于缺陷的产生，电解质溶液中的离子例如Al3+很容易进入带有很多缺陷的石墨层。
经过上述步骤，基本上实现了对于阴极的制备。
作为示例，通过下述方法可以制备阳极，具体包括步骤：
首先，如图3A所示，提供第二衬底200’。
其中，该第二衬底200’为导电材料，导电材料可以为金属材料，例如金属Al、Cu、Ag等。本实施例中，第二衬底200’的材料较佳地为金属Al。
接着，如图3B所示，在所述第二衬底200’的正面形成图案化的隔离膜203。
隔离膜203可通过使用诸如氧化硅层、氮化硅层、或氮氧化硅层的无机绝缘层，也可为具有绝缘作用的有机绝缘层。本实施例中，隔离膜203的材料较佳地为氮化硅层。可采用本领域技术人员熟知的任何沉积方法例如化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积等形成。可通过光刻工艺及刻蚀工艺进行隔离膜203的图案化步骤，例如下隔离膜203的表面上形成图案化的光刻胶层211，在以图案化的光刻胶层211为掩膜刻蚀隔离膜203，以实现图案化。该图案化的隔离膜203定义预定形成的第二梳齿的尺寸。隔离膜203用于使得阳极和阴极相接触的端面绝缘。
接着，如图3C所示，刻蚀暴露的部分所述第二衬底200’，以形成所述阳极的主体部分201以及与所述主体部分201的垂直连接的若干第二梳齿202a，所述第二梳齿沿同一方向以一定的间隔排列。
示例性地，对于第二衬底200’的材料为金属Al时，可采用干法刻蚀或者湿法刻蚀对其进行刻蚀，其中干法刻蚀可采用加入卤化物的氯基气体，最常用的时BCl3，其刻蚀深度对应为预定形成的第二梳齿的高度。
该步骤进行的刻蚀形成的开口的宽度对应为相邻第二梳齿之间的间隔，该间隔大于对应的阴极的梳齿的宽度与约2倍的石墨烯层103的厚度之和，以使得之后安装阴极和阳极时在梳齿间留有空隙。
接着，如图3D所示，去除光刻胶层211。可采用本领域技术人员熟知的方法去除该光刻胶层211，例如灰化或者湿法剥离等工艺。
在一个示例中，如图3E所示，还可继续在第二衬底的背面形成梳齿，具体包括步骤：对在所述第二衬底的背面形成图案化的所述隔离膜203；从所述第二衬底的背面刻蚀暴露的所述第二衬底直到部分深度，形成与所述阳极的主体部分201垂直的第四梳齿202b。其中，该步骤可为上述第二梳齿202a的制作步骤的重复，在此不再赘述。
示例性地，所述第二梳齿202a与所述若干第四梳齿202b具有相同的数目且一一对应。进一步地，第二梳齿202a和第四梳齿202b可以具有相同的尺寸。
值得一提的是，在此第一梳齿102a和第三梳齿102b的数量还可以不同。
经过上述步骤，基本完成了阳极的制备。
随后，进行步骤S402，提供密封盒，将所述阴极和所述阳极放置于所述密封盒中，且使所述阳极的梳齿和所述阴极的梳齿相互交叉，且在彼此之间有空隙。
如图1所示，本实例中的超级电容电池还包括密封盒300，密封盒用于作为超级电容电池的密封容器，其可为本领域技术人员熟知的任何可用于作为超级电容电池的密封的容器，例如塑料或橡胶材质的容器、陶瓷容器或玻璃容器等。所述阴极100和所述阳极200放置于所述密封盒300中，所述阳极200和所述阴极交替排列100，且相邻的所述阳极200的梳齿和所述阴极100的梳齿相互交叉并彼此之间有空隙。
其中，相邻的第二梳齿202a之间的间隔大于所述第一梳齿201a的宽度与约2倍的所述石墨烯层103的厚度之和，相邻的第一梳齿201a之间的间隔大于所述第二梳齿202a的宽度。
最后，进行步骤S403，采用电解质溶液填充所述密封盒以及所述空隙。
如图1所示，作为示例，在所述密封盒300以及相邻的所述阳极200的梳齿和所述阴极100的梳齿相互交叉形成的空隙中填充有电解质溶液301。电解质溶液301可以为本领域技术人员熟知的任何合适的作为超电容电池的电解质溶液，其中，本实施例中，较佳地，电解质溶液301可以包括咪唑-Al2Cl7和/或吡啶-Al2Cl7。
本发明的超级电容电池可以为一种Al超级电容电池，对于完整的超级电容电池的制作还需要其他中间步骤或后续步骤，例如，之后的固定(fixing)步骤和布线步骤等，在此不再赘述。
较佳地，本发明的制造方法适用于尺寸为微米级以上的超级电容电池的制备。
综上所述，根据本发明的制造方法形成的超级电容电池，其阴极和阳极为相互交叉的梳齿状结构，使得阴极和阳极之间的距离显著降低，石墨烯层沉积在具有梳齿状的衬底上用于阴极的功能，提高了电容密度，因此本发明的实施例中的超级电容电池具有优异的性能。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (20)

1.一种超级电容电池，其特征在于，包括：
若干阴极，每个所述阴极包括第一衬底，在所述第一衬底的第一表面上形成的与所述第一表面垂直的若干第一梳齿，所述若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，以及覆盖每个所述第一梳齿的表面和所述第一衬底的所述第一表面的石墨烯层；
若干阳极，所述阳极包括主体部分以及与所述主体部分的第一侧面垂直连接的若干第二梳齿，所述第二梳齿沿同一方向以第二间隔排列，在每个所述第二梳齿外端面上形成有隔离膜，
其中，所述阳极和所述阴极交替排列，且相邻的所述阳极的梳齿和所述阴极的梳齿相互交叉并彼此之间有空隙；
密封盒，所述阴极和所述阳极放置于所述密封盒中；
电解质溶液，填充于所述密封盒以及所述空隙中。
2.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，在每个所述第一衬底的与所述第一表面相对的第二表面上形成有若干第三梳齿，所述若干第三梳齿与所述第二表面垂直，所述第三梳齿具有与所述第一梳齿相同的排列方向，且在每个所述第三梳齿的表面和所述第一衬底的所述第二表面上覆盖有石墨烯层。
3.根据权利要求2所述的超级电容电池，其特征在于，所述若干第三梳齿与所述若干第一梳齿具有相同的数目且一一对应。
4.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，在每个所述阳极的所述主体部分的第二侧面上形成有若干第四梳齿，其中，所述第二侧面与所述第一侧面相对，所述第四梳齿具有与所述第二梳齿相同的排列方向，在所述第四梳齿外端面上形成有所述隔离膜。
5.根据权利要求4所述的超级电容电池，其特征在于，所述若干第四梳齿与所述若干第二梳齿具有相同的数目且一一对应。
6.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，所述第一梳齿的宽度小于所述第二间隔，所述第二梳齿的宽度小于所述第一间隔。
7.根据权利要求2所述的超级电容电池，其特征在于，所述第一衬底、所述第一梳齿和所述第三梳齿的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。
8.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，所述石墨烯层为多层石墨烯，或者，所述石墨烯层包括石墨烯和石墨的混合物。
9.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，所述电解质溶液包括咪唑-Al2Cl7和/或吡啶-Al2Cl7。
10.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，所述阳极的材料为金属材料。
11.根据权利要求10所述的超级电容电池，其特征在于，所述金属材料包括铝。
12.一种超级电容电池的制造方法，其特征在于，包括：
步骤A1：制备若干阴极和若干阳极，其中，制备每个所述阴极的方法包括步骤：
步骤S11：提供第一衬底，在所述第一衬底的第一表面上形成与所述第一表面垂直的若干第一梳齿，所述若干第一梳齿沿同一方向以第一间隔排列，
步骤S12：形成覆盖每个所述第一梳齿的表面和所述第一衬底的所述第一表面的石墨烯层，
制备每个所述阳极的方法包括以下步骤：
步骤S21：提供第二衬底，在所述第二衬底的正面形成图案化的隔离膜，
步骤S22：刻蚀暴露的部分所述第二衬底，以形成所述阳极的主体部分以及与所述主体部分的垂直连接的若干第二梳齿，所述第二梳齿沿同一方向以第二间隔排列；
步骤A2：提供密封盒，将所述阴极和所述阳极放置于所述密封盒中，且使所述阳极的梳齿和所述阴极的梳齿相互交叉，且在彼此之间有空隙；
步骤A3：采用电解质溶液填充所述密封盒以及所述空隙。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S11中，形成所述第一梳齿的步骤包括：
S111：提供所述第一衬底，在所述第一衬底的正面形成第一硬掩膜层；
S112：图案化所述第一硬掩膜层，以在所述第一硬掩膜层中形成若干第一开口；
S113：在所述若干第一开口中填充第一梳齿材料层，以形成所述第一梳齿；
S114：去除所述第一硬掩膜层。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S111中，还包括在所述第一衬底的背面形成第二硬掩膜层的步骤，且在所述步骤114之后，还包括步骤：刻蚀所述第二硬掩膜层，以在所述第二硬掩膜层中形成若干第二开口，在所述若干第二开口中填充第三梳齿材料层，以形成所述第三梳齿，去除所述第二硬掩膜层。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S12中，还包括在所述第三梳齿的表面和所述第一衬底的背面形成所述石墨烯层的步骤。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述石墨烯层为多层石墨烯，或者，所述石墨烯层包括石墨烯和石墨的混合物。
17.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述若干第三梳齿与所述若干第一梳齿具有相同的数目且一一对应。
18.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述第一衬底、所述第一梳齿和所述第三梳齿的材料选自Cu、Si、SiC和Sn中的一种。
19.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，形成每个所述阳极的方法在所述步骤S22之后还包括以下步骤：
步骤S23：在所述第二衬底的背面形成图案化的所述隔离膜；
步骤S24：从所述第二衬底的背面刻蚀暴露的所述第二衬底直到部分深度，形成与所述阳极的主体部分垂直的第四梳齿。
20.根据权利要求19所述的制造方法，其特征在于，所述若干第四梳齿与所述若干第二梳齿具有相同的数目且一一对应。
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