供稿人：朱晓辉、鲁中良 供稿单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室 发布日期：2024-11-18
在固态电池的增材制造领域，直接墨水书写由于其价格实惠、操作简单、材料多样性和无掩模工艺等优点，一直是使用最广泛的制造电池的3D打印方法。该方法基于油墨材料在室温下的挤出，其分辨率由喷嘴直径决定。打印过程从制备具有剪切稀化性能的凝胶基粘弹性油墨开始。然后，通过在平台上挤出墨水材料的连续细丝来产生设计的图案。通过向下移平台或向上移动喷嘴，下一层然后打印在前一层上。根据模型设计重复此过程，直到完成所需的模式。在最近的工作中，使用DIW技术制造了具有厚电极的印刷锂离子电池。电池中的所有组件，包括包装、阳极、隔膜和阴极，均采用DIW方法打印（图1a）。对四种印刷油墨进行了定制，以获得DIW所需的剪切稀化和粘弹性响应特性（图1b）。为了评估电极厚度的影响，研究人员研究了不同电极厚度范围从50μm到1mm的电池的面能量密度和面功率密度，表现出完整的LFP/Li4钛5O12具有超厚电极的（LTO）电池具有更高的面能密度，并且可以保持薄电极的面功率密度（图1c）。此外，完全3D打印电池的面容量可以达到4.45 mAh cm−2电流密度为0.14 mA cm−2，以定制形式开发高性能锂离子电池的能力应该具有直接将电池与其他3D打印设备集成的巨大潜力。
最近，有研究者使用DIW用SnO打印3D电极2量子点（QD）油墨。采用溶胶-凝胶法制备大量单分散和超细SnO22-4 nm大小的量子点，然后将其与氧化石墨烯和水混合以产生用于DIW的墨水。打印了各种复杂的结构，如锯齿形线、螺旋矩形、周期性微晶格和蚊香，没有出现堵塞问题（图1d），证实了墨水打印3D特征的能力。细丝具有在冷冻干燥过程中形成的大量微孔（图1e），以及3D打印的SnO2量子点/石墨烯电极表现出991.6mAh g的超高充电容量−1在50 mA g时−1在第一个循环中，可逆容量扩展到1004.9 mAh g−150次循环后（图1f），表明其出色的循环稳定性和优于纯SnO的性能。
图1