3D打印因为其本钱低、速率疾且成型性好,慢慢成为一种紧张的固态电解质加工措施。该技艺要紧凭据三维CAD数据通过逐层质料累加的措施来筑制所需的质料部件。
3D打印正在储能周围的行使为扩展筑制众维/众标准繁杂机闭和高机能柔性可穿着配置供给了新的机会。大凡,电池工业常用的物理或化学重积的筑制措施范围了电池正在尺寸和样式方面的繁杂性和众样性,3D打印可能满意电池定制化的请求,合适将来繁杂场景下对电池样式和尺寸的请求。
直接墨水书写(Direct inkwriting,DIW)和立体光刻技艺(Stereolithography,SLA)是3D打印固态电解质研讨中运用较众的技艺。DIW是一种基于挤压的3D打印技艺,通过由气动或呆滞泵装备驾驭的可挪动喷嘴分派墨水来筑制自正在样式。SLA是基于光固化纠合的3D打印技艺。
因为硫化物和卤化物固态电解质的气氛牢固性较差,范围了它们对3D打印的行使,但氧化物固态电解质、纠合物固态电解质却正在3D打印周围激起了极大的研讨兴会。
基于氧化物的固态电解质因其不易燃和优越的电化学牢固性而被通常行使于全固态电池中,如石榴石型LLZO。然而,古板的粉末压制措施坐蓐的电解质险些都是平面样式,导致其厚度较大而具有较高的体电阻。再加上不良的电极–电解质界面接触导致电池具有高面积比电阻(ASR),导致电池全部电阻值较高。为相识决这一题目,Dennis等运用油墨打印了众种机闭的LLZO固态电解质。这种薄而繁杂的电解质膜机闭有用低落了电池的面积比电阻。别的,持续分层和机闭化的电解质机闭也有用阻难了枝晶的传扬。
除了氧化物基固态电解质以外,3D打印技艺正在纠合物固态电解质中也取得了通常的研讨,可是3D打印的纯纠合物电解质的机能并不优秀,须要与其他质料连系酿成复合纠合物电解质才华更好地阐发差异组分的上风,进而提拔固态电解质的归纳机能。
Cheng等人采用直接墨水书写(DIW)措施筑制了基于PEO基体的复合纠合物电解质,将硅烷措置过的六方氮化硼(S-hBN)薄片行为填料,因为强氢键互相影响的影响,硅烷偶联剂可能普及填料和纠合物基体之间的相容性。得益于S-hBN的插足,固态电解质的热导率取得了有用提拔。正在打印前,将疏散优越S-hBN填料的PEO浆料墨水放正在40°C的打针器中,正在打印流程中,油墨受到挤压,高剪切力使S-hBN片对齐。最终将正在衬底上打印的具有S-hBN填料的电解质正在紫外线照耀下固化,即可告终PEO/S-hBN的制备。
除了驾驭质料配方和内部微机闭外,固态电解质的样式和厚度等外部几何样式也可能运用3D打印实行调治。Cheng等人运用高温DIW告终了PVDF-co-HFP基复合固态电解质的3D打印。复合固态电解质由纠合物基质PVDF-co-HFP,离子液体电解质和TiO2填料构成。基于PVDF-co-HFP的纠合物电解质墨水积储正在打针器中,并正在120°C的加热室中维持熔融状况。正在打印流程中,三轴宗旨平台遵循预编写的打印步伐挪动。通过调骨气压、打印速率和喷嘴尺寸,可能打印出具有差异宽度和厚度的电解质。细微的圆柱形喷嘴正在设定压力下挤出PVDF-co-HFP/TiO2浆料墨水,浆料一朝抵达基材就会固化。
正在怎么加强电解质与电极的界面机能方面,3D打印技艺也阐发了相应的影响。Reza等运用直接墨水书写技艺,正在高温下制备了陶瓷–纠合物–离子液体复合的固态电解质。该电解质与电极密切接触酿成薄界面,从而低落了界面电阻,并告终了0.78×10−3 S·cm−1的离子电导率。
别的,Sang等通过紫外(UV)固化辅助印刷凝胶复合电解质(GCEs),该凝胶复合电解质阐扬出优异的柔韧性、轮回机能和不成燃性(与碳酸盐电解质比照,阻燃机能有显明提拔),也明显低落了双极性电池的界面电阻。
Durstock等采用了干相转换法告终固态电解质中受控且平均的孔隙率,采用怪异的混淆溶剂体例制孔,并将氧化铝纳米颗粒引入PVDF基质中,使得该复合电解质正在保障优越的倍率机能同时,还具有优越的浸润性和热牢固性。因为该加工技艺普适性,该措施也可扩展到印刷电极的制备。
[2]李长刚:基于3D打印PEO基复合固态电解质的全固态锂电池研讨,中邦地质大学
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