[發明專利]一種應用于鋰電池3D打印的材料制備方法

有效

• 申請號: 201410237586.3
• 申請日: 2014-05-31
• 公開（公告）號: CN104409773B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 楊尊先;郭太良;嚴文煥;胡海龍;徐勝;呂軍
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

1.?一種應用于鋰電池3D打印的材料制備方法，其特征在于：首先制備出打印鋰電池正負電極漿料，再制取隔膜漿料，隨后利用3D打印技術制備出以磷酸鐵鋰為陰極材料，以聚酰亞胺為隔膜、以鈦酸鋰為陽極材料的正極、隔膜及負極依次交疊的圓環形鋰離子電池。

2.根據權利1所述的一種應用于鋰電池3D打印的材料制備方法，其特征在于：所述的正極、負極、隔膜漿料分別按照如下制備工藝進行:

（1）取重量比為57%的高濃縮的鈦酸鋰4-5g分散在140-160ml的去離子水和9-14g的十二烷基硫酸鈉中形成第一混合溶液；另取60%的磷酸鐵鋰2-4g分散于110-130毫升去離子水和9-14g的十二烷基硫酸鈉中形成第二混合溶液；

（2）所獲得的第一混合溶液和第二混合溶液分別室溫下浸漬40-50小時，并在4000rpm下離心2-3小時，收集顆粒控制在直徑為170-190nm，獲得的固體分別被再次分散到甘油、羧甲基淀粉鈉、聚乙烯基吡咯烷酮均聚物和羧甲基纖維素鈉所形成的第三混合溶液中，并超聲2-3h，從而分別得到第一漿料和第二漿料，其中第三混合溶液中甘油、的羧甲基淀粉鈉、聚乙烯基吡咯烷酮均聚物和羧甲基纖維素鈉中各成分質量百分比分別為10-13%、4-8%、3-5%和3-5%；

（3）所獲得的第一漿料，即鈦酸鋰漿料的成分為20-29%甘油，20-30%十二烷基硫酸鈉，7-11％羧甲基淀粉鈉，3-5%聚乙烯基吡咯烷酮均聚物，2-3％的羧甲基纖維素鈉和去離子水，作為鋰電池負極漿料；所獲得第二漿料即磷酸鐵鋰漿料的成分為20-30％甘油，20-30％十二烷基硫酸鈉，7-9％羧甲基淀粉鈉，2-3％羧甲基纖維素鈉，3-5%聚乙烯基吡咯烷酮均聚物和去離子水，作為鋰電池正極漿料；

（4）隨后，第一漿料和第二漿料分別在室溫下揮發溶劑直至漿料中固體質量比為55-65％時為宜，最終制備得到用以3D鋰電池打印的正負極漿料；

（5）聚酰亞胺隔膜材料制備工藝：在-3℃條件下，將5-10ml濃度為1mol.L^-1的均苯四酸二酐和5-10ml濃度為1mol.L^-1的4,4'?-?二氨基二苯醚及其等摩爾質量的N，N-二甲基乙酰胺進行縮聚反應生成聚酰胺酸，從而獲得具有15％的固體含量的原始聚酰胺酸溶液；在60℃溫度下過夜干燥后，將其以3℃/min加熱至100-300℃，實現熱亞胺化；然后摻入到110-130ml去離子水和30-50ml乙烯乙二醇混合溶液中，在室溫下浸漬24h后，取出沉淀物，再將沉淀物進一步分散到10-13%的甘油、3-5%的羥丙基纖維素和3-4%水羥乙基纖維素所組成的混合溶液中，最后制得聚酰亞胺漿料成分為20-30％的甘油，20-30％的乙烯乙二醇，7-10％的羥丙基纖維素，?2-4％的羥乙基纖維素和去離子水，制備得到其隔膜漿料。

3.一種應用于鋰電池3D打印的材料制備方法下的3D打印制備電池工藝，其特征在于：步驟如下：

（1）將所制得的漿料，用30um噴頭，在600psi壓強下以250um/s打印鋰電池的正、負電極以及位于上述兩者之間的電極隔膜；

（2）打印好正負電極及隔膜后，在試管爐中用氬氣氣保護下，以600度高溫退火2h，這樣電極、隔膜固化完畢；

（3）電極、隔膜制好后，用激光切割薄壁甲基丙烯酸甲酯，放入制備好的電池結構，用聚二甲基硅氧烷凝膠來密封大部分空隙，在150度溫度下固化，固化前，機械自動從空隙中加入電解液，并用額外的聚二甲基硅氧烷密封剩下的空隙；每層正電極打印完成后，在圓形陣列平面上方已成型的左邊圓環，連接到之前鍍好的一條金線上，該金線作為電池的正極引線；每層負電極打印完成后，在圓形陣列平面右方已成型圓環的右邊圓環，連接到之前鍍好的另一條金線上，該金線作為電池的負極引線。