供稿人：朱曉輝、魯中良 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2024-11-18
在固態(tài)電池的增材制造領(lǐng)域，直接墨水書(shū)寫(xiě)由于其價(jià)格實(shí)惠、操作簡(jiǎn)單、材料多樣性和無(wú)掩模工藝等優(yōu)點(diǎn)，一直是使用最廣泛的制造電池的3D打印方法。該方法基于油墨材料在室溫下的擠出，其分辨率由噴嘴直徑?jīng)Q定。打印過(guò)程從制備具有剪切稀化性能的凝膠基粘彈性油墨開(kāi)始。然后，通過(guò)在平臺(tái)上擠出墨水材料的連續(xù)細(xì)絲來(lái)產(chǎn)生設(shè)計(jì)的圖案。通過(guò)向下移平臺(tái)或向上移動(dòng)噴嘴，下一層然后打印在前一層上。根據(jù)模型設(shè)計(jì)重復(fù)此過(guò)程，直到完成所需的模式。在最近的工作中，使用DIW技術(shù)制造了具有厚電極的印刷鋰離子電池。電池中的所有組件，包括包裝、陽(yáng)極、隔膜和陰極，均采用DIW方法打?。▓D1a）。對(duì)四種印刷油墨進(jìn)行了定制，以獲得DIW所需的剪切稀化和粘彈性響應(yīng)特性（圖1b）。為了評(píng)估電極厚度的影響，研究人員研究了不同電極厚度范圍從50μm到1mm的電池的面能量密度和面功率密度，表現(xiàn)出完整的LFP/Li4鈦5O12具有超厚電極的（LTO）電池具有更高的面能密度，并且可以保持薄電極的面功率密度（圖1c）。此外，完全3D打印電池的面容量可以達(dá)到4.45 mAh cm?2電流密度為0.14 mA cm?2，以定制形式開(kāi)發(fā)高性能鋰離子電池的能力應(yīng)該具有直接將電池與其他3D打印設(shè)備集成的巨大潛力。
最近，有研究者使用DIW用SnO打印3D電極2量子點(diǎn)（QD）油墨。采用溶膠-凝膠法制備大量單分散和超細(xì)SnO22-4 nm大小的量子點(diǎn)，然后將其與氧化石墨烯和水混合以產(chǎn)生用于DIW的墨水。打印了各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如鋸齒形線、螺旋矩形、周期性微晶格和蚊香，沒(méi)有出現(xiàn)堵塞問(wèn)題（圖1d），證實(shí)了墨水打印3D特征的能力。細(xì)絲具有在冷凍干燥過(guò)程中形成的大量微孔（圖1e），以及3D打印的SnO2量子點(diǎn)/石墨烯電極表現(xiàn)出991.6mAh g的超高充電容量?1在50 mA g時(shí)?1在第一個(gè)循環(huán)中，可逆容量擴(kuò)展到1004.9 mAh g?150次循環(huán)后（圖1f），表明其出色的循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)于純SnO的性能。
圖1