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《Energy Storage Materials》:高性能准固态电解质,适用于DIW 3D打印形状通用的锂离子电池

《Energy Storage Materials》:高性能准固态电解质,适用于DIW 3D打印形状通用的锂离子电池

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-03-17 14:55
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【概要描述】

《Energy Storage Materials》:高性能准固态电解质,适用于DIW 3D打印形状通用的锂离子电池

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2023年2月10日,韩国科学技术研究院Seungjun Chung团队在《Energy Storage Materials》上发表题为High-performance, printable quasi-solid-state electrolytes toward all 3D direct ink writing of shape-versatile Li-ion batteries的研究文章,报道了具有高性能、可打印的凝胶聚合物电解质(GPEs),适用于所有可DIW 3D打印的、可伸缩形状的多功能通用锂离子电池(ADP-LIBs)。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.02.016

  研究简介  

在小型化和定制化电子产品的时代,市场急需形状可变的可扩展储能设备。从制造的角度来看,基于直写(DIW)的3D打印为制备具有设计自由和出色性能的微型电池提供了可能性。尽管市场对全打印无掩模锂离子电池的需求很大,但研究人员大部分工作都致力于开发可打印有源电极或构建3D架构,在制造和可打印材料方面仍然存在巨大的开发空间,以实现无形状的全DIW 3D打印锂离子电池。

本文报道了具有高性能,可打印的凝胶聚合物电解质(GPEs),适用于所有可DIW 3D打印的、可扩展形状的通用锂离子电池(ADP-LIBs)。用于固态电流收集器、电极、电解质的DIW可打印墨水的流变性优化使研究人员能够演示具有可靠挤出的明确形状的多功能ADP-LIBs。其中,紫外光固化聚二甲基硅氧烷(PDMS)和乙氧基化三甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)单体分别在准固态电解质中提供了触变流体行为和机械框架,从而形成了高通量和机械坚固的打印电解质层。文中的ADP-LIBs作为一种现实的解决方案,具有美观性的多功能性,其自由形状的因素和具有竞争力的电化学性能,为目标应用提供了巨大的前景。

  研究内容解读  

本研究提出了通过连续DIW 3D打印工艺实现可伸缩形状的多功能锂离子电池。具体而言,提出了新的材料策略,以同时提供触变流体行为和合适的可打印凝胶电解质粘度,以解决由相分离陶瓷添加剂或缓慢的制造工艺引起的问题。GPEs由锂离子电解质和紫外光固化聚合物组成,即乙氧基化三甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)单体和聚二甲基硅氧烷(PDMS),可实现~200 μm的连续高分辨率DIW打印,并具有良好的离子传输性能。高导电银和碳糊分别用于实现阳极和阴极电流收集器,这提供了设计自由和化学稳定的电池运行,表现出与电极的良好兼容性。

在DIW 3D打印电极时,分别对高活性材料负载的LiFePO4 (LFP)和Li4TisO12 (LTO)浆料进行了流变性优化,用于打印正极和阳极。最后,PDMS还被打印为包装层,这允许打印电池在环境条件下更稳定地运行。利用优化的DIW打印工艺和膏体配方,所有具有高度设计自由度的3D打印电池都可使用DIW制造,以实现可定制的供电解决方案。

图1 使用可打印凝胶聚合物电解质(GPEs) 3D打印准固态锂离子电池(lib) (a)使用连续直接墨水书写3D打印的可伸缩和形状通用的lib的制造过程。所有3D打印的字母形lib的摄影图像也包括在插图中。(b)用于制造lib的所有DIW打印过程的摄影图像。(c)所有DIW打印的10毫米乘10毫米的微电池阵列(4 x 3)和单个LIB的结构的摄影图像。(d)使用3D打印GPE(左)和传统凝胶复合电解质(右)打印字母的OM图像。(e) 3D打印GPE的高分辨率图案:交指结构(左),圆网格结构(右)。

图2 GPEs的电化学和流变学表征。

图3 凝胶电解质在25℃下的电化学表征。

图4 三维DIW打印电流集电极和电极浆料的流变性能和结构图像。

图5 3D打印电极的电化学表征。

图6 3D打印电池具有多种形状和串联配置,为目标应用提供动力。

——END——

       奇遇科技团队所研发的3D打印机可实现电池复杂结构的快速制备,不再局限于矩形、原型等传统结构。采用3D打印工艺制备电池,设计人员将可以根据创新产品来设计形状多样的电池,而不是让新开发的产品受到电池形状的局限,这将为电池生产带来无限可能。奇遇科技DIW直写3D打印机凭借低于0.1mm的重复定位精度以及独家开发的智能打印引擎,给科研人员带来便捷高效的打印体验。

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