[发明专利]一种印刷式柔性电解电容及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电容制作技术领域，特别涉及借助于低熔点金属印刷涂覆及电解反应方式实现的一种印刷式柔性电解电容及制作方法。

背景技术

电容是用以容纳电荷的器件，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体之间均可构成一个电容器。电容在电子设备中有广泛用途，常用于储能、控制，以及电路中隔直通交、耦合、旁路、滤波、调谐回路等方面。其中，储能型电容器借助整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端，由此充当一种电池。根据不同的电源要求，电容器可采用串联、并联或其组合等方式。电容器在外加电压的作用下可以储存电荷。由于是一种物理性储能器件，电容具有充电时间短、输出功率高、寿命长等优点。

在各种电容中，电解电容是一种单位体积容量可超出常规电容数十到数百倍的电容，且成本较低，因而具有广泛用途。常见的电解电容器采用铝或钽金属箔作为正极，以金属箔的绝缘氧化层作为电介质，阴极则由导电材料、电解质等共同组成，由于电解质是阴极的主要部分，电解电容因此而得名。迄今，由于制造材料的限制及工艺特点，此类电容一般体现为刚性结构。

当前的电解电容已可实现规模化的生产机械化和自动化。其中，铝电解电容器主要按照腐蚀及相赋能两步工艺制成。其中，腐蚀工艺依据于腐蚀液种类、浓度、温度、原箔成分、结构、表面状态、腐蚀过程中箔速度以及电源类型、电压等进行；赋能工艺则用于制造电介质氧化膜。由于这些因素，传统的电解电容设施投资大，制造过程通常十分复杂，耗能耗水，且会造成一定环境污染，由于工艺限制，这类电解电容难以制成柔性及可折叠器件。近年来，随着大量新型柔性电子装置包括可穿戴设备的问世，对柔性电池的需求急剧增长。为此，若能将电解电容的全部制作工艺发展成印刷式，则可望实现柔性电容乃至电池，且可大大简化电解电容的制作成本，从而满足日益增长的需求。然而，目前能够以流体状态呈现的导电墨水十分缺乏，而电解电容中电解质厚度通常不易制作得很薄，因而会严重制约所形成的电解电容的容量。为此，需要从新的技术理念出发寻求可行途径。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，针对现有电解电容制造技术不易实现直接印刷因而较难形成柔性器件的不足，引入低熔点金属墨水及其超薄绝缘层电解质电解工艺，提供一种印刷式柔性电解电容及制作方法，可确保相应器件的快速制造、显著提升容量乃至技术使用上的灵活性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种印刷式柔性电解电容，所述印刷式柔性电解电容包括：柔性阳极支撑基底、阳极、绝缘层电介质、充当阴极的电解质和柔性阴极支撑基底；所述阳极由低熔点液态金属墨水印制在阳极基地上做成；所述绝缘层电介质为对阳极通过电解工艺氧化后形成的绝缘层电介质。

优选地，所述柔性阳极支撑基底为涂料纸、防潮纸、防光纸、防水纸、绝缘纸、防虫纸、感应纸、装饰纸、研磨纸、塑料、布料、油毡和玻璃布中的一种。

优选地，所述阳极是由低熔点液态金属墨水涂敷在阳极支撑基底上制成的薄膜。

优选地，所述低熔点液态金属墨水是纯净的镓或由含有铟、锡、汞、钠、钾、铯、铅、铋、锡、铜、铝和铬中的一种、两种或三种溶于镓中形成的低温多元合金；所述合金中镓的质量配比为50％～99％，所述合金中其余成分为铟、锡、汞、钠、钾、铯、铅、铋、锡、铜、铝和铬中的一种、两种或三种；在镓中所添加的其余金属为两种或三种时，所述其余金属间的质量配比为任意搭配。

优选地，所述绝缘层电介质是对所述阳极喷水后外加阴极后通电，借助电解反应工艺将阳极金属薄膜浅表氧化后形成的绝缘层电介质薄膜。

优选地，所述充当阴极的电解质是紧贴所述绝缘层电介质薄膜的溶液类电解质。

优选地，所述充当阴极的电解质为：碳酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸，氢氧化钡、一水合氨、氢氧化铜，氯化钠、氯化钾、碳酸钠、碳酸钙、碳酸氢钠、硫酸铜晶体中的一种溶于水后形成的酸、碱、盐溶液类电解质。

优选地，所述柔性阴极支撑基底为涂料纸、防潮纸、防光纸、防水纸、绝缘纸、防虫纸、感应纸、装饰纸、研磨纸、塑料、布料、油毡和玻璃布中的一种或由这些材料中的一种在表面涂敷低熔点金属墨水支持的薄膜。

优选地，所述导电金属墨水、电解质溶液中含有0.01wt％～80wt％导电性纳米颗粒；所述导电性纳米颗粒为粒径1nm～900nm的铂、金、银、铜、铁、铝、锑、铋、镉、锗、镍、铑、钽、铅、钨、铼、康铜、钨铼合金或镍镉合金、碳纳米管或石墨烯。