一種印刷式柔性電解電容及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電容制作技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及借助于低熔點(diǎn)金屬印刷涂覆及電解反應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)的一種印刷式柔性電解電容及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容是用以容納電荷的器件，任何兩個(gè)彼此絕緣且相隔很近的導(dǎo)體之間均可構(gòu)成一個(gè)電容器。電容在電子設(shè)備中有廣泛用途，常用于儲(chǔ)能、控制，以及電路中隔直通交、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路等方面。其中，儲(chǔ)能型電容器借助整流器收集電荷，并將存儲(chǔ)的能量通過(guò)變換器引線傳送至電源的輸出端，由此充當(dāng)一種電池。根據(jù)不同的電源要求，電容器可采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合等方式。電容器在外加電壓的作用下可以儲(chǔ)存電荷。由于是一種物理性儲(chǔ)能器件，電容具有充電時(shí)間短、輸出功率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]在各種電容中，電解電容是一種單位體積容量可超出常規(guī)電容數(shù)十到數(shù)百倍的電容，且成本較低，因而具有廣泛用途。常見(jiàn)的電解電容器采用鋁或鉭金屬箔作為正極，以金屬箔的絕緣氧化層作為電介質(zhì)，陰極則由導(dǎo)電材料、電解質(zhì)等共同組成，由于電解質(zhì)是陰極的主要部分，電解電容因此而得名。迄今，由于制造材料的限制及工藝特點(diǎn)，此類電容一般體現(xiàn)為剛性結(jié)構(gòu)。
[0004]當(dāng)前的電解電容已可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；纳a(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化。其中，鋁電解電容器主要按照腐蝕及相賦能兩步工藝制成。其中，腐蝕工藝依據(jù)于腐蝕液種類、濃度、溫度、原箔成分、結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、腐蝕過(guò)程中箔速度以及電源類型、電壓等進(jìn)行；賦能工藝則用于制造電介質(zhì)氧化膜。由于這些因素，傳統(tǒng)的電解電容設(shè)施投資大，制造過(guò)程通常十分復(fù)雜，耗能耗水，且會(huì)造成一定環(huán)境污染，由于工藝限制，這類電解電容難以制成柔性及可折疊器件。近年來(lái)，隨著大量新型柔性電子裝置包括可穿戴設(shè)備的問(wèn)世，對(duì)柔性電池的需求急劇增長(zhǎng)。為此，若能將電解電容的全部制作工藝發(fā)展成印刷式，則可望實(shí)現(xiàn)柔性電容乃至電池，且可大大簡(jiǎn)化電解電容的制作成本，從而滿足日益增長(zhǎng)的需求。然而，目前能夠以流體狀態(tài)呈現(xiàn)的導(dǎo)電墨水十分缺乏，而電解電容中電解質(zhì)厚度通常不易制作得很薄，因而會(huì)嚴(yán)重制約所形成的電解電容的容量。為此，需要從新的技術(shù)理念出發(fā)尋求可行途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有電解電容制造技術(shù)不易實(shí)現(xiàn)直接印刷因而較難形成柔性器件的不足，引入低熔點(diǎn)金屬墨水及其超薄絕緣層電解質(zhì)電解工藝，提供一種印刷式柔性電解電容及制作方法，可確保相應(yīng)器件的快速制造、顯著提升容量乃至技術(shù)使用上的靈活性。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種印刷式柔性電解電容，所述印刷式柔性電解電容包括:柔性陽(yáng)極支撐基底、陽(yáng)極、絕緣層電介質(zhì)、充當(dāng)陰極的電解質(zhì)和柔性陰極支撐基底；所述陽(yáng)極由低熔點(diǎn)液態(tài)金屬墨水印制在陽(yáng)極基地上做成；所述絕緣層電介質(zhì)為對(duì)陽(yáng)極通過(guò)電解工藝氧化后形成的絕緣層電介質(zhì)。
[0009]優(yōu)選地，所述柔性陽(yáng)極支撐基底為涂料紙、防潮紙、防光紙、防水紙、絕緣紙、防蟲(chóng)紙、感應(yīng)紙、裝飾紙、研磨紙、塑料、布料、油氈和玻璃布中的一種。
[0010]優(yōu)選地，所述陽(yáng)極是由低熔點(diǎn)液態(tài)金屬墨水涂敷在陽(yáng)極支撐基底上制成的薄膜。
[0011]優(yōu)選地，所述低熔點(diǎn)液態(tài)金屬墨水是純凈的鎵或由含有銦、錫、汞、鈉、鉀、銫、鉛、鉍、錫、銅、鋁和鉻中的一種、兩種或三種溶于鎵中形成的低溫多元合金；所述合金中鎵的質(zhì)量配比為50%?99%，所述合金中其余成分為銦、錫、汞、鈉、鉀、銫、鉛、鉍、錫、銅、鋁和鉻中的一種、兩種或三種；在鎵中所添加的其余金屬為兩種或三種時(shí)，所述其余金屬間的質(zhì)量配比為任意搭配。
[0012]優(yōu)選地，所述絕緣層電介質(zhì)是對(duì)所述陽(yáng)極噴水后外加陰極后通電，借助電解反應(yīng)工藝將陽(yáng)極金屬薄膜淺表氧化后形成的絕緣層電介質(zhì)薄膜。
[0013]優(yōu)選地，所述充當(dāng)陰極的電解質(zhì)是緊貼所述絕緣層電介質(zhì)薄膜的溶液類電解質(zhì)。
[0014]優(yōu)選地，所述充當(dāng)陰極的電解質(zhì)為:碳酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸，氫氧化鋇、一水合氨、氫氧化銅，氯化鈉、氯化鉀、碳酸鈉、碳酸鈣、碳酸氫鈉、硫酸銅晶體中的一種溶于水后形成的酸、堿、鹽溶液類電解質(zhì)。
[0015]優(yōu)選地，所述柔性陰極支撐基底為涂料紙、防潮紙、防光紙、防水紙、絕緣紙、防蟲(chóng)紙、感應(yīng)紙、裝飾紙、研磨紙、塑料、布料、油氈和玻璃布中的一種或由這些材料中的一種在表面涂敷低熔點(diǎn)金屬墨水支持的薄膜。
[0016]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電金屬墨水、電解質(zhì)溶液中含有0.01wt%? 80wt%導(dǎo)電性納米顆粒；所述導(dǎo)電性納米顆粒為粒徑Inm?900nm的鉬、金、銀、銅、鐵、招、鋪、秘、鎘、鍺、鎳、銘、
鉭、鉛、鶴、錸、康銅、鶴錸合金或鎳鎘合金、碳納米管或石墨烯。
[0017]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制作印刷式柔性電解電容的方法，所述方法分為如下步驟:
[0018]確定柔性陽(yáng)極支撐基底和柔性陰極支撐基底；
[0019]借助印刷設(shè)備將所述低熔點(diǎn)液態(tài)金屬墨水涂覆于陽(yáng)極支撐基底表面，形成陽(yáng)極；
[0020]對(duì)陽(yáng)極表面噴水，形成一層水膜，在所述水膜上貼附由金、銀、銅中的一種金屬片充當(dāng)陰極；
[0021]在所述陽(yáng)極和陰極之間連通電源，在水膜中發(fā)生電解反應(yīng)，其中陽(yáng)極處產(chǎn)生的氧氣將陽(yáng)極表面的低熔點(diǎn)金屬薄膜氧化，形成一薄層絕緣層，充當(dāng)電介質(zhì)；
[0022]移走金屬片陰極；
[0023]在絕緣層電介質(zhì)表面噴灑溶液類電解質(zhì)，作為電解電容的陰極；
[0024]在電解質(zhì)溶液表面貼附柔性陰極支撐基底；
[0025]在所述柔性陰極支撐基底表面涂敷低熔點(diǎn)金屬墨水；
[0026]利用夾具將封裝在陽(yáng)極支撐基底、陰極支撐基底之間的結(jié)構(gòu)壓緊固定；
[0027]采用硅膠將末端封裝避免溶液蒸發(fā)，即形成電解電容；
[0028]重復(fù)上述步驟，形成多層電解電容。
[0029](三)有益效果
[0030]本發(fā)明的印刷式柔性電解電容及制作方法，由于引入了低熔點(diǎn)液態(tài)金屬墨水及電解工藝，使得整個(gè)電解電容能以印刷的方式直接制作出來(lái)，且印刷基底采用柔性基底，可制成可穿戴類或可折疊式電容電池；此外，電解工藝制成的電解質(zhì)薄膜厚度小，因而易于形成大容量電容；整個(gè)制作工藝對(duì)環(huán)境要求不高，在常溫及常規(guī)條件下即可完成，因而顯著降低了電解電容制備工藝的復(fù)雜性，大幅度提高其制作效率并降低成本。使用該方法得到的柔性電解電容，可廣泛用于各種電子行業(yè)特別是可穿戴電子設(shè)備。本發(fā)明提供的技術(shù)具有普遍意義，除用于在柔性基底上制作電解電容器件外，也適用于其他硬質(zhì)基底，如玻璃、金屬、木材等。
【附圖說(shuō)明】
[0031]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1是根據(jù)本發(fā)明一種印刷式柔性電解電容的一個(gè)實(shí)施例的制作方法步驟流程圖；
[0033]圖2是根據(jù)本發(fā)明一種印刷式柔性電解電容的實(shí)施例1的印刷式柔性電解電容器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3是根據(jù)本發(fā)明一種印刷式柔性電解電容的實(shí)施例2的平面式多層電解電容結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4是根據(jù)本發(fā)明一種印刷式柔性電解電容的實(shí)施例3的柱狀式多層電解電容結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，但不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0037]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0038]本發(fā)明提供了一種印刷式柔性電解電容，包括:柔性陽(yáng)極支撐基底、陽(yáng)極、絕緣層電介質(zhì)、充當(dāng)陰極的電解質(zhì)和柔性陰極支撐基底；所述陽(yáng)極由低熔點(diǎn)液態(tài)金屬墨水印制在陽(yáng)極基地上做成；所述絕緣層電介質(zhì)為對(duì)陽(yáng)極通過(guò)電解工藝氧化后形成的絕緣層電介質(zhì)。
[0039]柔性陽(yáng)極支撐基底為涂料紙、防潮紙、防光紙、防水紙、絕緣紙、防蟲(chóng)紙、感應(yīng)紙、裝飾紙、研磨紙、塑料、布料、油氈和玻璃布中的一種。陽(yáng)極是由低熔點(diǎn)液態(tài)金屬墨水涂敷在陽(yáng)極支撐基底上制成的薄膜。
[0040]低熔點(diǎn)液態(tài)金屬墨水是純凈的鎵或由含有銦、錫、汞、鈉、鉀、銫、鉛、鉍、錫、銅、鋁和鉻中的一種、兩種或三種溶于鎵中形成的低溫多元合金；所述合金中鎵的質(zhì)量配比為50%?99%，所述合金中其余成分為銦、錫、汞、鈉、鉀、銫、鉛、鉍、錫、銅、鋁和鉻中的一種、兩種或三種；在鎵中所添加的其余金屬為兩種或三種時(shí)，所述其余金屬間的質(zhì)量配比為任意搭配。
[0041]絕緣層電介質(zhì)是對(duì)所述陽(yáng)極噴水后外加陰極后通電，借助電解反應(yīng)工藝將陽(yáng)極金屬薄膜淺