[发明专利]一种锂电池的3D打印方法

摘要

本发明涉及一种锂电池的3D打印方法，首先制备3D打印所需的正、负极浆料及其隔膜浆料。再将各浆料分别打印出锂电池的正、负电极以及位于上述两者之间的电极隔膜层，随后，在试管炉中用氩气保护下热处理制备得到正极、隔膜层及负极交叠组装的环状电极复合材料；再转移到手套箱内进行封装，最终得到阴极、隔膜及阳极依次交叠的圆环形锂离子电池。本发明制备方法新颖，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，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。

主权项

一种锂电池的3D打印方法，其特征在于：按如下步骤进行制备，（a）制备3D打印所需的阴、阳极浆料；（b）制备隔膜浆料；（c）将制得的浆料，用30μm喷头，在600psi压强下以250μm/s分别打印锂电池的阴、阳极以及位于两者之间的隔膜；隔膜以及阴、阳极分别为若干层圆环形阵列构成，其具体打印步骤为：（1）打印平面圆环形阵列上方的上半圆部分；（2）打印平面圆环形阵列右方的右半圆部分；（3）打印平面圆环形阵列下方的下半圆部分；（4）打印圆环形阵列平面下方下半圆的另一半圆部分；（5）打印步骤（4）已成型圆环形相邻上方的下半圆部分；（6）打印步骤（5）已成型下半圆部分的另一半圆部分；（7）继续从已成型圆环中打印其相邻上方的下半圆及另一半圆部分，直至完成步骤（1）上半圆部分的另一半圆打印为止；（8）完成一种类型圆环阵列层的打印后，继续下一类型圆环阵列层的打印；（9）在电池电极引线部分，所有的阴极材料圆环层要覆盖到电池金属阴极集电体，所有的阳极材料圆环层要覆盖到电池金属阳极集电体；同时为了有效隔离各阴、阳极圆环层，隔膜圆环层要分别完全覆盖超出相应阴、阳极圆环层，即在阳极边，隔膜圆环层要超出前层阴极圆环层，而在阴极边，隔膜圆环层要超出前层阳极圆环层；（d）打印好后，在氩气保护石英管式炉中，600℃高温条件下退火2h，使电极、隔膜固化；（e）电极、隔膜制好后，用激光切割薄壁聚甲基丙烯酸甲酯，放入制备好的电池结构，用聚二甲基硅氧烷凝胶来密封大部分空隙，在150℃温度下固化，固化前，机械自动从空隙中加入电解液，并用额外的聚二甲基硅氧烷凝胶密封剩下的空隙。