3D打印固態電池電解質
發表時間：2018年10月17日瀏覽量：
固態電池在安全性和穩定性方面有許多誘人的優點，但是這類電池所依賴的固體電解質通常具有很高的電池電阻。電阻的兩個主要組成部分（包含界面引起的電解質接觸不良、體積過大導致的厚電解質）都是固體電解質目前存在的不成熟制造條件導致的。通常研究固體電解質的理想形狀為具有平面界面的扁平小球，這可以最小化界面的接觸面積。
圖1顯示了使用3D打印工藝制造電池的過程，這種方法能夠打印各種有序的、高表面積的LLZ結構，結構包括線形、網格、點陣結構和堆疊陣列。
當用于創建有序結構時，共形墨水會產生較低縱橫比的圓形線條或列結構，如圖2d-f。這是由于墨水的低粘度和潤濕性，他的另一個特點是能夠再打印線相互交叉時形成無縫節點。和共形墨水不同，圖3g-iELS粘合劑墨水的Bingham塑性特性行為打印的結構特性使得其在打印后立即凝固成形。
作者進一步研究了結構-性能的對應關系，使用3D打印堆疊陣列LLZ材料和鋰電極制成的對稱電池結構被制造出來用于驗證3D打印電解質的功效（如圖3）。
參考文獻
D. W. McOwen, S. Xu, Y. Gong, Y. Wen, G. L. Godbey, J. E. Gritton, T. R. Hamann, J. Dai, G. T. Hitz, L. Hu, E. D. Wachsman. 3D-Printing Electrolytes for Solid-State Batteries[J]. Adv. Mater. 2018, 1707132.
https://doi.org/10.1002/adma.201707132
作者：尚振濤 田小永
來源：機械制造系統工程國家重點實驗室
圖1顯示了使用3D打印工藝制造電池的過程，這種方法能夠打印各種有序的、高表面積的LLZ結構，結構包括線形、網格、點陣結構和堆疊陣列。
圖1 3D打印固體電解質過程示意圖。該情況下，墨水印刷在LLZ基體材料上，LLZ基體材料可以是使用共形墨水的LLZ薄膜或者LLZ帶狀平板。
當用于創建有序結構時，共形墨水會產生較低縱橫比的圓形線條或列結構，如圖2d-f。這是由于墨水的低粘度和潤濕性，他的另一個特點是能夠再打印線相互交叉時形成無縫節點。和共形墨水不同，圖3g-iELS粘合劑墨水的Bingham塑性特性行為打印的結構特性使得其在打印后立即凝固成形。
圖2 a-c)是打印路徑示意圖，d-i)是將燒結后3D打印共形墨水（d-f）和自支撐墨水相比較的3D打印LLZ顯微結構，包含線形、網格和點陣結構。每種結構都是用相同的程序指令打印，只是做了些調整來適應墨水的不同流變特性（比如光柵速度）
作者進一步研究了結構-性能的對應關系，使用3D打印堆疊陣列LLZ材料和鋰電極制成的對稱電池結構被制造出來用于驗證3D打印電解質的功效（如圖3）。
圖3 a)在LLZ基體上以堆疊陣列樣式打印的LLZ網格結構中的鋰填充電極示意圖。b)3D打印LLZ|Li金屬界面的掃描電鏡截面圖（紅色虛線部分）c)在不同電流密度下Li|3D打印LLZ|Li結構的循環周期。每次電鍍、退鍍周期長一個小時。
參考文獻
D. W. McOwen, S. Xu, Y. Gong, Y. Wen, G. L. Godbey, J. E. Gritton, T. R. Hamann, J. Dai, G. T. Hitz, L. Hu, E. D. Wachsman. 3D-Printing Electrolytes for Solid-State Batteries[J]. Adv. Mater. 2018, 1707132.
https://doi.org/10.1002/adma.201707132
作者：尚振濤 田小永
來源：機械制造系統工程國家重點實驗室
