供稿人:雷奇 發(fā)布日期：2017-10-01
隨著近年來微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多, 對電源提出了很高的要求。鋰電池由于其能量密度高、額定電壓高、充電速度快和使用壽命長等優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。與傳統(tǒng)鋰電池加工方法相比，利用微納3D打印方法制造出的三維微納結(jié)構(gòu)鋰電池可以充分利用有限的空間，使電池的能量密度翻倍，極大提高電池的性能。為此，科研人員做出了積極的探索。
哈佛大學(xué)的研究團隊研發(fā)了含有Li4Ti5O12 (LTO，陽極材料)和LiFePO4 (LFP，陰極材料)的功能墨水，利用微納3D打印方法打印出了高性能鋰電池[1]。如圖1所示，該鋰電池的打印精度為30微米，薄壁型陰陽極相互交叉排列，充分利用了有限的空間，電極材料的體積膨脹系數(shù)極小，保證了充放電過程中電池的穩(wěn)定性。該鋰電池功率密度2.7mWcm–2時擁有很高的能量密度9.7Jcm?2。
圖1 3D打印的鋰電池 A鋰電池的微觀交叉結(jié)構(gòu) B 經(jīng)過包裝的鋰電池
隨后，納米導(dǎo)電材料被添加到電極材料中來提高3D鋰電池的性能。Kun Fu等[2]在鋰電池材料中添加了納米導(dǎo)電材料氧化石墨烯（GO），GO的添加增強了電極材料的導(dǎo)電性，不僅如此，GO的片狀多孔結(jié)構(gòu)的大比表面積容納和吸附了更多的納米電極材料。Jiangtao Hu等[3]將碳材料包裹在電極材料表面來增加其導(dǎo)電性。這些舉措都顯著增強了鋰電池的電荷存儲能力與電化學(xué)性能。
3D打印的鋰電池極大提高了電池的性能，雖目前處于實驗階段，但隨著3D打印技術(shù)與材料科學(xué)的快速發(fā)展，3D打印的鋰電池將走出實驗室，服務(wù)于大眾生活。