[发明专利]一种3D打印材料

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种用于制作柔性电池基体的3D打印材料。

背景技术

随着电子技术的快速发展，越来越多的电子设备正在向着轻薄化、柔性化、可穿戴的方向发展，例如三星和LG等公司都推出的曲面屏手机。目前发展柔性电子技术最大的挑战之一就是与之相适应的轻薄且柔性的电化学储能器件。传统的锂离子电池、超级电容器等产品是刚性的，在弯曲、折叠时，容易造成电极材料和集流体分离，影响电化学性能，甚至导致短路，发生严重的安全问题。因此为了适应下一代柔性电子设备的发展，柔性储能器件成为了近几年的研究热点。

3D打印(3D printing)技术又称三维打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。随着3D打印技术的日益完善，3D打印技术已广泛应用于军事、电子、医学、生物、新能源等领域，尤其是新型3D打印集成锂离子电池的出现，有效实现了锂离子电池阴阳极及其封装系统的有效集成，大大提高了电池电极材料中活性物质的比例，缩短了锂离子电池充放电过程中的迁移距离，提高了锂离子的扩散速率和迁移率。

然而，现有的3D打印技术所制备的锂离子电池一般为不需要隔膜的阴阳极叉指结构，这种结构易于打印，但锂离子电池电极材料在锂存储过程中体积变化显著且应力较大，在充放电过程中电极易变形甚至坍塌。如果将这种阴阳极叉指结构应用于柔性电池，经过多次弯折变形后复原，电极的损坏速度更快。因此，基于3D打印技术对上述结构进行改进，是解决这一问题的关键。

为了解决这一技术问题，我司提供了一种柔性电池的3D打印方法，它主要包括如下步骤：(1)利用三维软件建模，设计柔性电池基体及基盖的结构、集流体的形状和位置、正/负极浆料的形状和位置、挡板的形状和位置；(2)根据三维模型打印柔性电池基体及基盖，其中，基体和基盖内部设计有相互啮合的三角形齿形面；(3)将导电材料打印到基体的齿形面，形成交叉指型集流体，其中交叉指型集流体的根部与所述三角形的顶部棱线相垂直，所述交叉指型集流体的指部位于所述三角形的两腰并与所述三角形的顶部棱线相平行；(4)将正/负极浆料打印到正/负极集流体上，形成柔性电池的正/负极；(5)在正/负极之间打印挡板，所述挡板的顶部距离三角形腰面的距离大于等于所述正/负极集流体与所述正/负极厚度之和；(6)将集体和基盖封装在一起，其三角形齿形区相互吻合，其内部空隙构成电解液的存储空间。该方法对传统的叉指型电极的结构进行了改进，使其能够用于柔性电池，在充放电过程中结构完整，经过多次弯折复原，结构依然完整、牢固。此外，其还增大了柔性电池中电极材料活性物质的比例，提高了柔性电池的电化学性能。

由于上述3D打印方法中柔性电池基体、基盖和挡板结构复杂、对材料成型后的柔韧性、耐腐蚀、抗疲劳等要求较高，故我司还特制了一种3D打印材料。

发明内容

本发明旨在揭示背景技术中提到的3D打印材料，该3D打印材料具有打印过程流畅、成型快、无毛刺、无断裂等优点，采用该材料打印的柔性电池基体柔韧性好、耐腐蚀、抗疲劳，经过反复弯折仍能保持无撕裂、无劳损。

本发明揭示的3D打印材料，主要由含氢硅油10～25份、丙烯酸酯15～30份、聚氨酯丙烯酸树脂15～60份、丙烯酸辛酯10～20份、氟硼酸重氮盐1～8份、二氧化钛纳米粉0.01～1份、二丙酮醇0.1～2份、辛醇0.1～2份组成。

作为本发明改进的技术方案，上述3D打印材料主要由含氢硅油15～22份、丙烯酸酯20～28份、聚氨酯丙烯酸树脂24～48份、丙烯酸辛酯12～18份、氟硼酸重氮盐2～6份、二氧化钛纳米粉0.1～0.5份、二丙酮醇0.5～1.5份、辛醇0.5～1.5份组成。

作为本发明优选的技术方案，上述3D打印材料主要由含氢硅油20份、丙烯酸酯25份、聚氨酯丙烯酸树脂33.7份、丙烯酸辛酯15份、氟硼酸重氮盐4份、二氧化钛纳米粉0.3份、二丙酮醇1份、辛醇1份组成。