一种应用于锂电池3D打印的材料制备方法

摘要

本发明涉及一种应用于锂电池3D打印的材料制备方法，首先制备出打印锂电池正负电极浆料，再制取隔膜浆料，随后利用3D打印技术制备出以磷酸铁锂为阴极材料，以聚酰亚胺为隔膜、以钛酸锂为阳极材料的正极、隔膜及负极依次交叠的圆环形锂离子电池。本发明基于锂电池3D打印的材料制备方法，制备方法新颖，工艺简单，精确可控，所制备的材料具有特殊阴极、隔膜及阳极依次交叠分布结构、大的比表面积；每一阴极、隔膜和阳极圆环材料本身组成一个微型锂离子电池，这将大大缩短了锂离子在材料中的扩散距离，提高了相应的扩散速度，具有较高的离子及电子电导率，在高性能锂离子电池领域有巨大的应用潜力。

主权项

一种应用于锂电池3D 打印的材料制备方法，其特征在于：首先制备出锂电池正负电极浆料，再制取隔膜浆料，随后利用3D 打印技术制备出以磷酸铁锂为正极材料，以聚酰亚胺为隔膜，以钛酸锂为负极材料，正极、隔膜及负极依次交叠的圆环形锂离子电池；所述的正极、负极、隔膜浆料分别按照如下制备工艺进行:（1）取重量比为57% 的高浓缩的钛酸锂4‑5g 分散在140‑160ml 的去离子水和9‑14g 的十二烷基硫酸钠中形成第一混合溶液；另取60% 的磷酸铁锂2‑4g 分散于110‑130 毫升去离子水和9‑14g 的十二烷基硫酸钠中形成第二混合溶液；（2）所获得的第一混合溶液和第二混合溶液分别室温下浸渍40‑50 小时，并在4000rpm下离心2‑3 小时，收集颗粒控制在直径为170‑190nm，获得的固体分别被再次分散到甘油、羧甲基淀粉钠、聚乙烯基吡咯烷酮均聚物和羧甲基纤维素钠所形成的第三混合溶液中，并超声2‑3h，从而分别得到第一浆料和第二浆料，其中第三混合溶液中甘油、羧甲基淀粉钠、聚乙烯基吡咯烷酮均聚物和羧甲基纤维素钠中各成分质量百分比分别为10‑13%、4‑8%、3‑5% 和3‑5%；（3）所获得的第一浆料，即钛酸锂浆料的成分为20‑29% 甘油，20‑30% 十二烷基硫酸钠，7‑11％羧甲基淀粉钠，3‑5% 聚乙烯基吡咯烷酮均聚物，2‑3％的羧甲基纤维素钠和去离子水，作为锂电池负极浆料；所获得第二浆料即磷酸铁锂浆料的成分为20‑30％甘油，20‑30％十二烷基硫酸钠，7‑9％羧甲基淀粉钠，2‑3％羧甲基纤维素钠，3‑5% 聚乙烯基吡咯烷酮均聚物和去离子水，作为锂电池正极浆料；（4）随后，第一浆料和第二浆料分别在室温下挥发溶剂直至浆料中固体质量比为55‑65％时为宜，最终制备得到用以3D 锂电池打印的正负极浆料；（5）聚酰亚胺隔膜材料制备工艺：在‑3℃条件下，将5‑10ml 浓度为1mol.L‑1 的均苯四酸二酐和5‑10ml 浓度为1mol.L^‑1的4,4' ‑ 二氨基二苯醚及其等摩尔质量的N，N‑ 二甲基乙酰胺进行缩聚反应生成聚酰胺酸，从而获得具有15％的固体含量的原始聚酰胺酸溶液；在60℃温度下过夜干燥后，将其以3℃ /min 加热至100‑300℃，实现热亚胺化；然后掺入到110‑130ml 去离子水和30‑50ml 乙烯乙二醇混合溶液中，在室温下浸渍24h 后，取出沉淀物，再将沉淀物进一步分散到10‑13% 的甘油、3‑5% 的羟丙基纤维素和3‑4%羟乙基纤维素水溶液所组成的混合溶液中，最后制得聚酰亚胺浆料成分为20‑30％的甘油，20‑30％的乙烯乙二醇，7‑10％的羟丙基纤维素， 2‑4％的羟乙基纤维素和去离子水，制备得到其隔膜浆料。