近日，北京科技大学Huiping Shao带领的团队在《Ceramics International》发表了题为Preparation of lithium iron phosphate battery by 3D printing的研究，利用3D打印技术制备了磷酸铁锂（LFP）多孔电极。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272884224004164
奇遇科技官网：http://www.adventuretech.cn/
如无法打开，请拷贝网址到浏览器查阅。

近年来，随着便携式电子设备和植入式医疗器械的快速发展，对小型化储能装置的需求不断增加。锂离子电池凭借其优异的能量密度和循环稳定性，成为储能电池领域的主导技术。磷酸铁锂（LFP）作为一种锂离子电池电极材料，因其成本低、稳定性好和绿色环保等优点而备受关注。然而，其导电性较低和扩散速度慢的问题限制了其在能源电池产业中的应用。

增材制造（3D打印）通过计算机辅助设计创建精确孔隙的3D电极，具有较高纵横比结构，缩短离子扩散距离，提高电池能量密度，并减少材料浪费。近年来，3D打印成功应用于多种电池制造。有研究使用氧化石墨烯和LFP正极及Li₄Ti₅O₁₂负极材料，制造了3D打印交错式锂离子电池。

本研究采用3D打印制备LFP多孔电极，通过调节浆料中LFP含量研究其流变性能和打印性。测试了LFP多孔电极的电化学性能，并评估其在锂离子电池中的应用前景。

△图3，不同 LFP 含量的浆料的流变特性。（a) 20-60 wt% LFP 浆料的表观粘度与剪切速率的关系。（b) 20-60 wt% LFP 浆料的 G′ 和 G″ 与剪切应力的关系。（c) 屈服应力与 20-60 wt% LFP 浆料的关系。（d) 20-60 wt% LFP 浆料的储能模量 G′ 与屈服应力的关系。

图4显示，不同LFP含量的打印浆料均能打印出相同形状的电极。

△图4，打印具有不同LFP含量的相同形状电极。（a) 40 wt%，（b) 30 wt%，和（c) 20 wt%。

△图5，3D 打印 LFP 电极的显微图像，整体视图（a）、部分视图（b）、横截面视图（c）、60% -204 μm（d）、57% -245 μm（e）和 48% -134 μm（f）的单孔和单丝视图，表面视图和 EDS 映射（g）。

△图6，不同孔隙率和厚度的印刷 LFP 电池的电化学性能。（a) 不同孔隙率和厚度的印刷 LFP 电池的倍率能力。（b) 60%-204 μm 电池在不同倍率下的充放电电压曲线。（c) 60%-204 μm 电池在 0.5 C 和 2.8–4.2 V 下的循环性能。（d) 60%-204 μm 电池的典型充放电电压曲线。（e) 60%-204 μm 电池在 15.9 mg cm −2 LFP 负载下的循环性能。（f) 200 次循环后从 60% 到 204 μm 电池拆下的 LFP 电极的数码照片和 SEM 图像。

△图7，（a) 三种印刷LFP电池在2.6 V和4.4 V之间的CV曲线，扫描速率为0.2 mV s −1。（b) 60%-204 μm电池在不同扫描速率下的CV曲线。（c) 60%-204 μm电池在第50、100和200次循环时完全放电状态下的电阻。（d) 印刷LFP电池的电极负载和重量能量密度（Wh kg −1）与其他报道的比较。

本研究通过3D打印技术制备不同孔隙度和厚度的LFP电极。结果显示，随着LFP含量从20 wt%增至60 wt%，浆料表观粘度和屈服应力增加。LFP含量超过40%时，浆料具有良好保形和自支撑性能，且40 wt%时屈服应力较低，印刷更容易。电化学测试表明，LFP电池在0.5 C下循环200次后，具有121.7 mA h/g的可逆放电比容量和350 W h/kg的能量密度，显示出高负载、高能量密度和良好的循环稳定性，适用于锂离子电池的小型化储能器件。