供稿人:汪鑫 田小永 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2019-07-02
哈尔滨工业大学化工学院利用3D打印技术开发了一种纤维锂离子电池，这种锂离子电池具有较好的柔性，可以与衣物纤维编织在一起，用于可穿戴电子设备[1]。
图1 （a）纤维锂离子电池结构示意图；（b）可穿戴锂离子电池
该研究利用磷酸亚铁锂（LFP）、钛酸锂（LTO）颗粒作为正、负极活性物质，碳纳米管（CNTs）、聚偏氟乙烯（PVDF）、N-甲基吡咯酮烷（NMP）分别作为导电物质、粘结剂以及溶剂，制备出可打印的正、负极“墨水”。在打印过程中，打印头被浸没在乙醇溶液中，以便打印出的纤维电极快速凝固，将打印好的纤维凝固1分钟，然后取出后晾干，得到所需电极。电极的正、负极在包裹聚合物后缠绕成一股，放入热缩管内后加入电解质并封装，即得到纤维锂离子电池。
图2 纤维锂离子电池制造过程及微观结构
图3 电极材料的电化学性能
研究表明，这是人们首次将挤出3D打印技术应用于纤维正、负电极的制备，表现出了较好的机械性能、柔性以及电化学性能，其首次充放电比容量分别为141.3、110mAh/g，并且在30次循环后，仍能保持初始值的81%。总之，这项技术为智能、柔性、可穿戴的电子设备，提供了一种快速、低成本、可拓展的电池制造方式。
图4 纤维锂离子电池的电化学性能及应用