本發(fā)明涉及電容器領(lǐng)域，具體而言涉及一種超級(jí)電容電池及其制造方法。

背景技術(shù)：

超級(jí)電容電池是一種新型儲(chǔ)能裝置，它具有充電時(shí)間短、比功率較高、使用壽命長(zhǎng)、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)，其應(yīng)用廣泛，尤其是在能源儲(chǔ)備，重工業(yè)領(lǐng)域中顯示出巨大的應(yīng)用前景。近年來(lái)，超級(jí)電容電池已經(jīng)引起全世界科研工作者的關(guān)注和研究。

石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；導(dǎo)熱系數(shù)高5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過(guò)15000cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約1Ω·m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來(lái)發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。

鑒于石墨烯的優(yōu)越性能，有必要提出一種新的超級(jí)電容電池及其制造方法，以將石墨烯應(yīng)用于超級(jí)電容電池提高電池的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明實(shí)施例一提供一種超級(jí)電容電池，包括：

若干陰極，每個(gè)所述陰極包括第一襯底，在所述第一襯底的第一表面上形成的與所述第一表面垂直的若干第一梳齒，所述若干第一梳 齒沿同一方向以第一間隔排列，以及覆蓋每個(gè)所述第一梳齒的表面和所述第一襯底的所述第一表面的石墨烯層；

若干陽(yáng)極，所述陽(yáng)極包括主體部分以及與所述主體部分的第一側(cè)面垂直連接的若干第二梳齒，所述第二梳齒沿同一方向以第二間隔排列，在每個(gè)所述第二梳齒外端面上形成有隔離膜，

其中，所述陽(yáng)極和所述陰極交替排列，且相鄰的所述陽(yáng)極的梳齒和所述陰極的梳齒相互交叉并彼此之間有空隙；

密封盒，所述陰極和所述陽(yáng)極放置于所述密封盒中；

電解質(zhì)溶液，填充于所述密封盒以及所述空隙中。

進(jìn)一步地，在每個(gè)所述第一襯底的與所述第一表面相對(duì)的第二表面上形成有若干第三梳齒，所述若干第三梳齒與所述第二表面垂直，所述第三梳齒具有與所述第一梳齒相同的排列方向，且在每個(gè)所述第三梳齒的表面和所述第一襯底的所述第二表面上覆蓋有石墨烯層。

進(jìn)一步地，所述若干第三梳齒與所述若干第一梳齒具有相同的數(shù)目且一一對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步地，在每個(gè)所述陽(yáng)極的所述主體部分的第二側(cè)面上形成有若干所述第四梳齒，其中，所述第二側(cè)面與所述第一側(cè)面相對(duì)，所述第四梳齒具有與所述第二梳齒相同的排列方向，在所述第四梳齒外端面上形成有所述隔離膜。

進(jìn)一步地，所述若干第四梳齒與所述若干第二梳齒具有相同的數(shù)目且一一對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步地，所述第一梳齒的寬度小于所述第二間隔，所述第二梳齒的寬度小于所述第一間隔。

進(jìn)一步地，所述第一襯底、所述第一梳齒和所述第三梳齒的材料選自Cu、Si、SiC和Sn中的一種。

進(jìn)一步地，所述石墨烯層為多層石墨烯，或者，所述石墨烯層包括石墨烯和石墨的混合物。

進(jìn)一步地，所述電解質(zhì)溶液包括咪唑-Al₂Cl₇和/或吡啶-Al₂Cl₇。

進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極的材料為金屬材料。

進(jìn)一步地，所述金屬材料包括鋁。

本發(fā)明實(shí)施例二提供一種超級(jí)電容電池的制造方法，包括：

步驟A1：制備若干陰極和若干陽(yáng)極，其中，制備每個(gè)所述陰極的方法包括步驟：

步驟S11：提供第一襯底，在所述第一襯底的第一表面上形成與所述第一表面垂直的若干第一梳齒，所述若干第一梳齒沿同一方向以第一間隔排列，

步驟S12：形成覆蓋每個(gè)所述第一梳齒的表面和所述第一襯底的所述第一表面的石墨烯層，

制備每個(gè)所述陽(yáng)極的方法包括以下步驟：

步驟S21：提供第二襯底，在所述第二襯底的正面形成圖案化的隔離膜，

步驟S22：刻蝕暴露的部分所述第二襯底，以形成所述陽(yáng)極的主體部分以及與所述主體部分的垂直連接的若干第二梳齒，所述第二梳齒沿同一方向以第二間隔排列；

步驟A2：提供密封盒，將所述陰極和所述陽(yáng)極放置于所述密封盒中，且使所述陽(yáng)極的梳齒和所述陰極的梳齒相互交叉，且在彼此之間有空隙；

步驟A3：采用電解質(zhì)溶液填充所述密封盒以及所述空隙。

進(jìn)一步地，在所述步驟S11中，形成所述第一梳齒的步驟包括：

S111：提供所述第一襯底，在所述第一襯底的正面形成第一硬掩膜層；

S112：圖案化所述第一硬掩膜層，以在所述第一硬掩膜層中形成若干第一開(kāi)口；

S113：在所述若干第一開(kāi)口中填充第一梳齒材料層，以形成所述第一梳齒；

S114：去除所述第一硬掩膜層。

進(jìn)一步地，在所述步驟S111中，還包括在所述第一襯底的背面形成第二硬掩膜層的步驟，且在所述步驟114之后，還包括步驟：刻蝕所述第二硬掩膜層，以在所述第二硬掩膜層中形成若干第二開(kāi)口，在所述若干第二開(kāi)口中填充第三梳齒材料層，以形成所述第三梳齒，去除所述第二硬掩膜層。

進(jìn)一步地，在所述步驟S12中，還包括在所述第三梳齒的表面和 所述第一襯底的背面形成所述石墨烯層的步驟。

進(jìn)一步地，所述石墨烯層為多層石墨烯，或者，所述石墨烯層包括石墨烯和石墨的混合物。

進(jìn)一步地，所述若干第三梳齒與所述若干第一梳齒具有相同的數(shù)目且一一對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步地，所述第一襯底、所述第一梳齒和所述第三梳齒的材料選自Cu、Si、SiC和Sn中的一種。

進(jìn)一步地，形成每個(gè)所述陽(yáng)極的方法在所述步驟S22之后還包括以下步驟：

步驟S23：在所述第二襯底的背面形成圖案化的所述隔離膜；

步驟S24：從所述第二襯底的背面刻蝕暴露的所述第二襯底直到部分深度，形成與所述陽(yáng)極的主體部分垂直的第四梳齒。

進(jìn)一步地，所述若干第四梳齒與所述若干第二梳齒具有相同的數(shù)目且一一對(duì)應(yīng)。

本發(fā)明的實(shí)施例中的超級(jí)電容電池的陰極和陽(yáng)極為相互交叉的梳齒狀結(jié)構(gòu)，使得陰極和陽(yáng)極之間的距離顯著降低，石墨烯層沉積在具有梳齒狀的襯底上用于陰極的功能，提高了電容密度，因此本發(fā)明的實(shí)施例中的超級(jí)電容電池具有優(yōu)異的性能。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1示出了本發(fā)明的一具體實(shí)施方式的超級(jí)電容電池的結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖2A-2I示出了本發(fā)明一具體實(shí)施方式的超級(jí)電容電池的陰極的制造方法依次實(shí)施所獲得結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖3A-3E示出了本發(fā)明一具體實(shí)施方式的超級(jí)電容電池的陰極的制造方法依次實(shí)施所獲得結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施方式的超級(jí)電容電池的制造方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開(kāi)徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。

應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q(chēng)為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱(chēng)為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。

空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀?。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個(gè)取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語(yǔ)相應(yīng)地被解釋。

在此使用的術(shù)語(yǔ)的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本發(fā) 明的限制。在此使用時(shí)，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語(yǔ)“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。

這里參考作為本發(fā)明的理想實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的橫截面圖來(lái)描述發(fā)明的實(shí)施例。這樣，可以預(yù)期由于例如制造技術(shù)和/或容差導(dǎo)致的從所示形狀的變化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)局限于在此所示的區(qū)的特定形狀，而是包括由于例如制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入?yún)^(qū)在其邊緣通常具有圓的或彎曲特征和/或注入濃度梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元改變。同樣，通過(guò)注入形成的埋藏區(qū)可導(dǎo)致該埋藏區(qū)和注入進(jìn)行時(shí)所經(jīng)過(guò)的表面之間的區(qū)中的一些注入。因此，圖中顯示的區(qū)實(shí)質(zhì)上是示意性的，它們的形狀并不意圖顯示器件的區(qū)的實(shí)際形狀且并不意圖限定本發(fā)明的范圍。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

實(shí)施例一

下面，參考圖1對(duì)本發(fā)明一具體實(shí)施例的超級(jí)電容電池的結(jié)構(gòu)做詳細(xì)描述。其中，圖1示出了本發(fā)明的一具體實(shí)施方式的超級(jí)電容電池的結(jié)構(gòu)的俯視圖。

作為示例，本實(shí)施例中的超級(jí)電容電池具體包括如下結(jié)構(gòu)：

如圖1所示，超級(jí)電容電池包括若干陰極100，每個(gè)所述陰極100包括第一襯底101，在所述第一襯底101的第一表面1011上形成的與所述第一表面1011垂直的若干第一梳齒102a，所述若干第一梳齒102a沿同一方向以第一間隔排列，以及覆蓋每個(gè)所述第一梳齒102a的表面和所述第一襯底101的所述第一表面1011的石墨烯層103。

值得一提的是，所述第一梳齒102a的形狀可以為長(zhǎng)方體、立方 體等，對(duì)于下文中提到的梳齒其形狀與第一梳齒102a相近或相同。

作為示例，進(jìn)一步地，在每個(gè)所述第一襯底101的與所述第一表面1011相對(duì)的第二表面1012上形成有若干第三梳齒102b，所述若干第三梳齒102b與所述第二表面1012垂直，所述第三梳齒102b具有與所述第一梳齒102a相同的排列方向，且在每個(gè)所述第三梳齒102b的表面和所述第一襯底101的所述第二表面1012上覆蓋有石墨烯層103。進(jìn)一步地，所述若干第三梳齒102b以所述第一間隔排列。

示例性地，所述若干第三梳齒102b與所述若干第一梳齒102a具有相同的數(shù)目且一一對(duì)應(yīng)。進(jìn)一步地，第一梳齒102a和第三梳齒102b可以具有相同的尺寸。

值得一提的是，在此第一梳齒102a和第三梳齒102b的數(shù)量還可以不同。

作為示例，所述第一襯底101、所述第一梳齒102a和所述第三梳齒102b的材料選自Cu、Si、SiC和Sn中的一種。本實(shí)施中，第一襯底101和第二梳齒102a以及第三梳齒102b具有相同的材質(zhì)，較佳地，均為金屬Cu。

進(jìn)一步地，所述石墨烯層106為多層石墨烯，或者，所述石墨烯層106包括石墨烯和石墨的混合物。多層石墨烯指由3-10層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛，ABA堆垛等)堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。在本實(shí)施中，多層石墨烯的層數(shù)可以達(dá)到10層。

本實(shí)施中的超級(jí)電容電池包括若干陽(yáng)極200，所述陽(yáng)極200包括主體部分201以及與所述主體部分201的第一側(cè)面2011垂直連接的若干第二梳齒202a，所述第二梳齒202a沿同一方向以第二間隔排列，在每個(gè)所述第二梳齒202a外端面上形成有隔離膜203。

進(jìn)一步地，在每個(gè)所述陽(yáng)極200的所述主體部分201的與所述第一側(cè)面2011相對(duì)的第二側(cè)面2012上形成有若干所述第四梳齒202b，所述第四梳齒202b具有與所述第二梳齒202a相同的排列方向，在所述第四梳齒202b外端面上形成有所述隔離膜203。

進(jìn)一步地，所述若干第四梳齒202a與所述若干第二梳齒202b具有相同的數(shù)目且一一對(duì)應(yīng)。較佳地，第四梳齒202a與第二梳齒202b 可以具有相同的尺寸。

陽(yáng)極200的材料為金屬材料，該金屬材料包括但不限于金、銀、鋁、銅、錫等，本實(shí)施例中，陽(yáng)極200的材料為金屬鋁。

隔離膜203用于使得陽(yáng)極200和陰極100相接觸的端面絕緣。隔離膜203可通過(guò)使用諸如氧化硅層、氮化硅層、或氮氧化硅層的無(wú)機(jī)絕緣層，也可為具有絕緣作用的有機(jī)絕緣層。本實(shí)施例中，隔離膜203的材料較佳地為氮化硅層。

本實(shí)例中的超級(jí)電容電池還包括密封盒300，密封盒用于作為超級(jí)電容電池的密封容器，所述陰極100和所述陽(yáng)極200放置于所述密封盒300中，所述陽(yáng)極200和所述陰極交替排列100，且相鄰的所述陽(yáng)極200的梳齒和所述陰極100的梳齒相互交叉并彼此之間有空隙。

其中，相鄰的第二梳齒202a之間的間隔大于所述第一梳齒201a的寬度與約2倍的所述石墨烯層103的厚度之和。

作為示例，在所述密封盒300以及相鄰的所述陽(yáng)極200的梳齒和所述陰極100的梳齒相互交叉形成的空隙中填充有電解質(zhì)溶液301。電解質(zhì)溶液301可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何合適的作為超電容電池的電解質(zhì)溶液，其中，本實(shí)施例中，較佳地，電解質(zhì)溶液301可以包括咪唑-Al₂Cl₇和/或吡啶-Al₂Cl₇。

本發(fā)明的超級(jí)電容電池可以為一種Al超級(jí)電容電池，其一般為采用鋁材料作為陽(yáng)極的超級(jí)電容電池，超級(jí)電容電池是一種無(wú)源器件，介于電池和普通電容器之間，具有電容器的大電流快速充放電特性，同時(shí)也有電池的儲(chǔ)能特性，并且重復(fù)使用壽命長(zhǎng)，放電時(shí)利用移動(dòng)導(dǎo)體間的電子釋放電流，從而為設(shè)備提供電源。對(duì)于完整的超級(jí)電容電池還可以包括其他元件，例如固定(fixing)元件，合理的布線(xiàn)等，在此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明的實(shí)施例中的超級(jí)電容電池的陰極和陽(yáng)極為相互交叉的梳齒狀結(jié)構(gòu)，使得陰極和陽(yáng)極之間的距離顯著降低，石墨烯層沉積在具有梳齒狀的襯底上用于陰極的功能，提高了電容密度，因此本發(fā)明的實(shí)施例中的超級(jí)電容電池具有優(yōu)異的性能。

實(shí)施例二

下面，參考圖1、圖2A-2I、3A-3E以及圖4對(duì)本發(fā)明一具體實(shí)施例的超級(jí)電容電池的制造方法做詳細(xì)描述。其中，圖2A-2I示出了本發(fā)明一具體實(shí)施方式的超級(jí)電容電池的陰極的制造方法依次實(shí)施所獲得結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3A-3E示出了本發(fā)明一具體實(shí)施方式的超級(jí)電容電池的陰極的制造方法依次實(shí)施所獲得結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施方式的超級(jí)電容電池的制造方法的流程圖。

作為示例，本發(fā)明的超級(jí)電容電池的制造方法包括以下步驟：

首先，執(zhí)行步驟S401，制備若干陰極和若干陽(yáng)極。

具體地，在一個(gè)示例中，制備每個(gè)所述陰極的方法包括步驟：

首先，如圖2A所示，提供第一襯底101。

第一襯底101的材料選自Cu、Si、SiC和Sn中的一種。本實(shí)施例中，較佳地，第一襯底101的材料為Cu。

接著，如圖2B所示，在所述第一襯底101的正面形成第一硬掩膜層111。

第一硬掩膜層111的材料包括但不限于氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，本實(shí)施例中，較佳地第一硬掩膜層111的材料為T(mén)EOS氧化硅?？刹捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何沉積方法例如化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積或者原子層沉積等形成，其中第一硬掩膜層111的厚度與之后預(yù)定形成的陰極的梳齒的高度近似的相等。

在一個(gè)示例中，如圖2C所示，還可在在所述第一襯底的背面形成第二硬掩膜層112。該第二硬掩膜層112用于在第一襯底的背面形成梳齒。其材料可以采用與第一硬掩膜層111相同或者不同的材料，本實(shí)施例中，第二硬掩膜層112的材料可以為T(mén)EOS氧化硅。

接著，如圖2D和圖2E所示，圖案化所述第一硬掩膜層111，以在所述第一硬掩膜層111中形成若干開(kāi)口114。

可采用光刻工藝和刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)第一硬掩膜層111的圖案化，具體地，如圖2D所示，可通過(guò)旋涂、曝光、顯影等光刻工藝在第一硬掩膜層111上形成圖案化的光刻膠層113，接著如圖2E所示，通 過(guò)刻蝕工藝，例如干法刻蝕或者濕法刻蝕，刻蝕第一硬掩膜層111，將光刻膠層的圖案轉(zhuǎn)移到第一硬掩膜層111中，以在所述第一硬掩膜層111中形成若干開(kāi)口114。該開(kāi)口114與預(yù)定形成的第一梳齒102a具有相同的尺寸。

接著，如圖2F所示，在所述若干開(kāi)口114中填充第一梳齒材料層，以形成所述第一梳齒102a。

具體地，可先采用沉積在開(kāi)口114中和第一硬掩膜層111的表面上形成第一梳齒材料層，并第一梳齒材料層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝停止于第一硬掩膜層111的表面，以形成所述第一梳齒102a。第一梳齒102a的材料可以材料選自Cu、Si、SiC和Sn中的一種?？刹捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何方法進(jìn)行第一梳齒材料層的沉積。本實(shí)施例中，第一梳齒102a的材料較佳地為金屬Cu，可采用物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或者電化學(xué)電鍍(ECP)等工藝形成。

接著，如圖2G所示，去除所述第一硬掩膜層111。

根據(jù)第一硬掩膜層111的材料選擇合適的去除方法，既可以采用干法刻蝕也可以采用濕法刻蝕移除第一硬掩膜層111。干法刻蝕能夠采用基于氟化碳?xì)怏w的各向異性蝕刻法。濕法刻蝕能夠采用氫氟酸溶液，例如緩沖氧化物蝕刻劑(buffer oxide etchant(BOE))或氫氟酸緩沖溶液(buffer solution of hydrofluoric acid(BHF))。形成的所述若干第一梳齒102a沿同一方向以一定的間隔排列。該間隔大于之后預(yù)定形成的陽(yáng)極的梳齒的寬度。

之后，如圖2H所示，可采用與形成第一梳齒102a基本相同的方法形成第三梳齒102b，示例性地，包括步驟：刻蝕所述第二硬掩膜層112，以在所述第二硬掩膜層中形成若干開(kāi)口，在該若干開(kāi)口中填充第三梳齒材料層，以形成所述第三梳齒，去除所述第二硬掩膜層112。

示例性地，所述若干第三梳齒102b與所述若干第一梳齒102a具有相同的數(shù)目且一一對(duì)應(yīng)。進(jìn)一步地，第一梳齒102a和第三梳齒102b可以具有相同的尺寸。

值得一提的是，在此第一梳齒102a和第三梳齒102b的數(shù)量還可以不同。

所述第三梳齒102b的材料選自Cu、Si、SiC和Sn中的一種。本實(shí)施中，第一襯底101和第二梳齒102a以及第三梳齒102b具有相同的材質(zhì)，較佳地，均為金屬Cu。

最后，作為示例，如圖2I所示，形成覆蓋第一梳齒102a的表面、第一襯底101的正面、第三梳齒102b的表面和第一襯底的背面的石墨烯層103。

示例性地，所述石墨烯層103可以為多層石墨烯，或者，所述石墨烯層103包括石墨烯和石墨的混合物。多層石墨烯指由3-10層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)(即六角形蜂巢結(jié)構(gòu))周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式(包括ABC堆垛，ABA堆垛等)堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。在本實(shí)施中，多層石墨烯的層數(shù)可以達(dá)到10層。

可采用包括但不限于碳化硅外延生長(zhǎng)法、有機(jī)合成法、化學(xué)氣相沉積(CVD)或常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)等沉積方法形成。其中化學(xué)氣相沉積法的具體制備過(guò)程包括：將氣態(tài)碳源通向反應(yīng)室然后在反應(yīng)室中的陰極基底表面上高溫分解，在反應(yīng)室中的第一襯底、第一梳齒和第三梳齒的表面上生長(zhǎng)出石墨烯。其中，氣態(tài)碳源可以選用甲烷(CH₄)、乙烯(C₂H₄)及乙炔(C₂H₂)等。控制沉積溫度范圍在600～1200℃。其中，在沉積溫度范圍為900～1000℃時(shí)，石墨烯的層數(shù)可以達(dá)到10層，而當(dāng)沉積溫度范圍為600～900℃時(shí)，形成的為石墨烯和石墨的混合物，而這種結(jié)構(gòu)的石墨烯層有利于缺陷的產(chǎn)生，電解質(zhì)溶液中的離子例如Al³⁺很容易進(jìn)入帶有很多缺陷的石墨層。

經(jīng)過(guò)上述步驟，基本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)于陰極的制備。

作為示例，通過(guò)下述方法可以制備陽(yáng)極，具體包括步驟：

首先，如圖3A所示，提供第二襯底200’。

其中，該第二襯底200’為導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料可以為金屬材料，例如金屬Al、Cu、Ag等。本實(shí)施例中，第二襯底200’的材料較佳地為金屬Al。

接著，如圖3B所示，在所述第二襯底200’的正面形成圖案化的隔離膜203。

隔離膜203可通過(guò)使用諸如氧化硅層、氮化硅層、或氮氧化硅層的無(wú)機(jī)絕緣層，也可為具有絕緣作用的有機(jī)絕緣層。本實(shí)施例中，隔離膜203的材料較佳地為氮化硅層。可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何沉積方法例如化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積或者原子層沉積等形成?？赏ㄟ^(guò)光刻工藝及刻蝕工藝進(jìn)行隔離膜203的圖案化步驟，例如下隔離膜203的表面上形成圖案化的光刻膠層211，在以圖案化的光刻膠層211為掩膜刻蝕隔離膜203，以實(shí)現(xiàn)圖案化。該圖案化的隔離膜203定義預(yù)定形成的第二梳齒的尺寸。隔離膜203用于使得陽(yáng)極和陰極相接觸的端面絕緣。

接著，如圖3C所示，刻蝕暴露的部分所述第二襯底200’，以形成所述陽(yáng)極的主體部分201以及與所述主體部分201的垂直連接的若干第二梳齒202a，所述第二梳齒沿同一方向以一定的間隔排列。

示例性地，對(duì)于第二襯底200’的材料為金屬Al時(shí)，可采用干法刻蝕或者濕法刻蝕對(duì)其進(jìn)行刻蝕，其中干法刻蝕可采用加入鹵化物的氯基氣體，最常用的時(shí)BCl₃，其刻蝕深度對(duì)應(yīng)為預(yù)定形成的第二梳齒的高度。

該步驟進(jìn)行的刻蝕形成的開(kāi)口的寬度對(duì)應(yīng)為相鄰第二梳齒之間的間隔，該間隔大于對(duì)應(yīng)的陰極的梳齒的寬度與約2倍的石墨烯層103的厚度之和，以使得之后安裝陰極和陽(yáng)極時(shí)在梳齒間留有空隙。

接著，如圖3D所示，去除光刻膠層211?？刹捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法去除該光刻膠層211，例如灰化或者濕法剝離等工藝。

在一個(gè)示例中，如圖3E所示，還可繼續(xù)在第二襯底的背面形成梳齒，具體包括步驟：對(duì)在所述第二襯底的背面形成圖案化的所述隔離膜203；從所述第二襯底的背面刻蝕暴露的所述第二襯底直到部分深度，形成與所述陽(yáng)極的主體部分201垂直的第四梳齒202b。其中，該步驟可為上述第二梳齒202a的制作步驟的重復(fù)，在此不再贅述。

示例性地，所述第二梳齒202a與所述若干第四梳齒202b具有相同的數(shù)目且一一對(duì)應(yīng)。進(jìn)一步地，第二梳齒202a和第四梳齒202b可以具有相同的尺寸。

值得一提的是，在此第一梳齒102a和第三梳齒102b的數(shù)量還可以不同。

經(jīng)過(guò)上述步驟，基本完成了陽(yáng)極的制備。

隨后，進(jìn)行步驟S402，提供密封盒，將所述陰極和所述陽(yáng)極放置于所述密封盒中，且使所述陽(yáng)極的梳齒和所述陰極的梳齒相互交叉，且在彼此之間有空隙。

如圖1所示，本實(shí)例中的超級(jí)電容電池還包括密封盒300，密封盒用于作為超級(jí)電容電池的密封容器，其可為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何可用于作為超級(jí)電容電池的密封的容器，例如塑料或橡膠材質(zhì)的容器、陶瓷容器或玻璃容器等。所述陰極100和所述陽(yáng)極200放置于所述密封盒300中，所述陽(yáng)極200和所述陰極交替排列100，且相鄰的所述陽(yáng)極200的梳齒和所述陰極100的梳齒相互交叉并彼此之間有空隙。

其中，相鄰的第二梳齒202a之間的間隔大于所述第一梳齒201a的寬度與約2倍的所述石墨烯層103的厚度之和，相鄰的第一梳齒201a之間的間隔大于所述第二梳齒202a的寬度。

最后，進(jìn)行步驟S403，采用電解質(zhì)溶液填充所述密封盒以及所述空隙。

如圖1所示，作為示例，在所述密封盒300以及相鄰的所述陽(yáng)極200的梳齒和所述陰極100的梳齒相互交叉形成的空隙中填充有電解質(zhì)溶液301。電解質(zhì)溶液301可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何合適的作為超電容電池的電解質(zhì)溶液，其中，本實(shí)施例中，較佳地，電解質(zhì)溶液301可以包括咪唑-Al₂Cl₇和/或吡啶-Al₂Cl₇。

本發(fā)明的超級(jí)電容電池可以為一種Al超級(jí)電容電池，對(duì)于完整的超級(jí)電容電池的制作還需要其他中間步驟或后續(xù)步驟，例如，之后的固定(fixing)步驟和布線(xiàn)步驟等，在此不再贅述。

較佳地，本發(fā)明的制造方法適用于尺寸為微米級(jí)以上的超級(jí)電容電池的制備。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造方法形成的超級(jí)電容電池，其陰極和陽(yáng)極為相互交叉的梳齒狀結(jié)構(gòu)，使得陰極和陽(yáng)極之間的距離顯著降低，石墨烯層沉積在具有梳齒狀的襯底上用于陰極的功能，提高了電 容密度，因此本發(fā)明的實(shí)施例中的超級(jí)電容電池具有優(yōu)異的性能。

本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以?xún)?nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書(shū)及其等效范圍所界定。