一种基于同轴3D打印技术制备并排阴阳极锂离子电池的方法

摘要

本发明涉及一种基于同轴3D打印技术制备并排阴阳极锂离子电池的方法。这种方法主要是先制备出分别包含钛酸锂、聚偏氟乙烯、磷酸铁锂混合物的阳极、隔膜和阴极打印墨水，通过3D打印技术，采用同轴套管3D打印技术打印出以钛酸锂为阳极材料、聚偏氟乙烯为隔膜材料、磷酸铁锂为阴极材料的阴阳极并排结构，该阴阳极并排结构具有阳极、隔膜同轴并与阴极并排的特殊结构，最后将此结构转移到手套箱中进行封装，进一步得到同轴并排阴阳极锂离子电池。该方法主要是在阳极材料外面打印上一层多孔隔膜，并可以与阴极材料紧密接触，大大缩短了锂离子在阴阳电极间的扩散距离，提高了电极材料的电导率，在高性能锂离子电池领域有巨大的应用潜力。

主权项

一种基于同轴3D打印技术制备并排阴阳极锂离子电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：1）称取3‑5g磷酸铁锂超声溶入100­‑150ml去离子水和60‑80ml丙三醇中形成第一混合溶液；称取5‑10g钛酸锂超声溶入由3‑5g 聚甲基丙烯酸甲酯、100‑200ml去离子水和60‑80ml丙三醇组成的第二混合溶液中，称取3‑5g聚偏氟乙烯溶入60‑100ml由 N‑甲基吡咯烷酮、聚乙二醇、LiCl、聚甲基丙烯酸甲酯组成的第三混合溶液中；2）将上述三种混合溶液分别球磨24‑48h后，转移到离心机中，3500‑4500rpm下处理5‑10min后过滤去除大颗粒物质，随后再将滤液分别转移到离心机中3000‑4000rpm下离心处理3‑5h后过滤；3）将上述过滤后所得的三种物质分别分散到由丙三醇、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素和去离子水组成的混合溶液中，强力搅拌1‑3h；4）取规格为20×10mm的玻璃片作为基片，利用掩膜板遮盖蒸发镀膜技术在玻璃基片表面制备得到图形化金电极，分别作为电池阴极和阳极集流器；5）利用具有同轴套管打印头的3D打印机在基片表面打印出以钛酸锂为阳极材料、以聚偏氟乙烯为隔膜材料，并利用普通微喷打印头打印出磷酸锂铁阴极材料，同时分别将阴极、阳极材料打印至电池阴极和阳极集流器区域；6）将打印好的并排电极材料的玻璃基片置于管式炉中在100‑300^oC下加热3‑5小时；7）利用聚甲基丙烯酸甲酯塑料板及聚二甲基硅氧烷密封胶沿着玻璃基片将同轴电极材料四周围起后，转移到手套箱内，在氩气保护下滴入电解液，待完全浸润后再用聚甲基丙烯酸甲酯塑料板及聚二甲基硅氧烷密封胶将其上方盖住并密封，即得到组成阴阳极同轴锂离子电池。