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研究人員利用熔絲制造和燒結(jié)法制造全陶瓷電極可用于鋰離子電池

時間:2021-11-27 17:45來源:蓋世汽車作者:Elisha

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（圖片來源：sciencedirect）

鋰離子電池具有功率強、能量密度高和使用壽命長等優(yōu)勢。據(jù)外媒報道，一項新研究探討鋰離子電池在3D打印中的應(yīng)用。

對大容量電池系統(tǒng)的需求，如電動汽車中使用的系統(tǒng)，現(xiàn)在可以通過在電池模塊中加入數(shù)百或數(shù)千個普通電芯來滿足。在這種情況下，需要解決空間利用問題。管理此類電池存儲，挑戰(zhàn)在于精確控制電芯能量和電池狀態(tài)。為了解決這些問題，可以考慮兩種方法：改善所涉及材料的電化學特性，或者優(yōu)化電池和設(shè)備的結(jié)構(gòu)。就后者而言，使用多功能電池，除了電氣用途，還具有結(jié)構(gòu)用途，旨在降低整個系統(tǒng)的體積和重量。

事實上，采用具有特定形狀的電池，以適應(yīng)電子設(shè)備內(nèi)部的特定位置，可能是有用的方法。通過優(yōu)化活性材料數(shù)量，提高整個系統(tǒng)的能量密度。近十年來，已經(jīng)開發(fā)出了各種各樣的解決方案，通過開發(fā)具有更大表面積的電極，如帶交叉形電極的鋰離子電池，提高設(shè)備的功率密度和能量。然而，大多數(shù)商用電芯類型的幾何形狀范圍非常有限，限制了通過改變電池存儲實現(xiàn)適應(yīng)性。

鋰離子電池熔絲的制備

與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，3D打印的功率設(shè)備及其元件，在這一領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢，可以開發(fā)具有高表面積的電極，或制造具有適合特定產(chǎn)品設(shè)計的幾何形狀設(shè)備，并優(yōu)化工藝中活性材料的數(shù)量。熔絲制造 (FFF) 是一種可行且低成本的鋰離子電池制造方法，在不同技術(shù)中可用于制造具有定制幾何結(jié)構(gòu)的鋰離子電池。比起需要使用有機粘結(jié)劑的標準復合電極，全陶瓷電極具有更高的能量密度，因此，將陶瓷FFF應(yīng)用于電極領(lǐng)域，可能是一項有價值的技術(shù)。

此項研究詳細介紹了通過FFF 3D打印復合長絲和燒結(jié)法，制備全陶瓷LTO負極和LCO電極，并對打印電極的微觀和宏觀結(jié)構(gòu)、電導率、相穩(wěn)定性和電化學性能進行了詳細的分析。通過這種方法制備的3D打印LTO和LCO電極，具有與單軸壓制陶瓷顆粒相同的電導率，分別顯示168和129mAh g-1，為理論容量的96%和94%。

無論是在個人還是工業(yè)層面上，熔絲制造都是應(yīng)用最廣泛的增材制造創(chuàng)新方法，因其具有易用性、大規(guī)模制造能力，可以利用多種商用材料、低成本組件和3D打印設(shè)備。其他一些常見方法，如直寫成型技術(shù)DIW或光聚合（vat polymerization）工藝，能夠提供更好的分辨率，但存儲和管理墨水和樹脂原材料更加困難。可能出現(xiàn)退化和穩(wěn)定問題，特別是在使用漿料的情況下，因為固體載荷需要凝聚/沉淀，樂觀的結(jié)果是采用中間重構(gòu)過程。

FFF應(yīng)用方法

另一方面，F(xiàn)FF采用固體熱塑性長絲，在使用前可以真空保存。此外，與DIW或光聚合方法不同，在這些長絲上可以直接加入固體填料/孔前體，而且在3D打印過程中不會產(chǎn)生任何實質(zhì)性的改變。FFF技術(shù)也是多材料打印機領(lǐng)域最復雜的系統(tǒng)之一。

最近商業(yè)領(lǐng)域引入石墨烯/PLA復合長絲等許多材料，并通過一系列研究利用這些材料來制造石墨烯基鋰離子電池負極，然而可用于電化學裝置的商用FFF原料長絲有限。DIW，即直寫成型技術(shù)，在3D打印過程中存在重大問題，比如以墨水為原材料，存在長期儲存問題，而且比FFF中使用的長絲更難管理。這項研究推進了創(chuàng)建FFF 3D打印鋰離子電池，這些電池具有通常與DIW有關(guān)的微特征。

(責任編輯：子蕊)

文章標簽：電池鋰離子電池 3D打印熔絲制造燒結(jié) 陶瓷電極

作者：Elisha ，如若轉(zhuǎn)載，請注明出處：http://www.bbbzqm.com/qianyan//2021112737762.html

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