供稿人:夏园林 鲁中良 发布日期：2018-06-26
随着科技的发展，对可定制锂离子电池的需求量越来越大，生产厂家不仅提出定制几何形状的要求，还强调了对新电池材料、结构和组装的需求。因此，提出一种能够兼具设计、制造和电化学性能的3D打印锂电池工艺显得尤为迫切。
该文章提出一种具有高面积容量固体厚电极的锂电池3D打印技术。通过打印半固态阴极和阳极油墨，打印完成后进一步UV固化，最后对其封装使其处于在两个玻璃碳集流体之间，油墨便于空气隔离。与以前报道的微型锂电池相比，全3D打印锂电池组成的厚、双相半固态电极具有十倍的面积容量。具体而言，这些由分散良好的活性电极颗粒（LFP或LTO）组成的双相电极，与导电碳颗粒混合，在锂基电解质溶液中形成渗透网络。LFP/LTO的电化学耦合，使得它的体积变化很小，并且在电循环过程中有特殊的热稳定性。这对于制造厚电极是特别重要的。通过控制这两个粒子群的各自浓度和相互作用，我们优化了它们打印的流变性和电子/离子输运行为。重要的是，这种3D打印过程消除了干燥、电解质膨胀、压延、夹紧和与传统的锂电池制造相关的热封工艺的需要。
通过该方法可以直接成型任意几何形状的整体锂电池，包括阳极、阴极、隔膜和外表封装。该打印样品能够以0.14mAcm-2的电流密度提供4.45mAhcm-2的电容量容量，相当于17.3 AhL-1。该方法为定制生产一体化高性能锂电池开辟了新的途径。图1为实际打印的大小为1cm×1cm×2.5mm整体锂电池示意图。
图1 a）外形尺寸为1cm×1cm×2.5mm的全3D打印锂离子电池结构，内孔尺寸为6mm×6mm。b）直接成型的四种材料（阴极、隔膜、阳极、封装）