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研究人员利用熔丝制造和烧结法制造全陶瓷电极 可用于锂离子电池

盖世汽车 Elisha 2021-11-25 15:35:32
核心提示:通过FFF 3D打印复合长丝和烧结法,制备全陶瓷LTO负极和LCO电极。

盖世汽车讯 锂离子电池具有功率强、能量密度高和使用寿命长等优势。据外媒报道,一项新研究探讨锂离子电池在3D打印中的应用。

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(图片来源:sciencedirect)

对大容量电池系统的需求,如电动汽车中使用的系统,现在可以通过在电池模块中加入数百或数千个普通电芯来满足。在这种情况下,需要解决空间利用问题。管理此类电池存储,挑战在于精确控制电芯能量和电池状态。为了解决这些问题,可以考虑两种方法:改善所涉及材料的电化学特性,或者优化电池和设备的结构。就后者而言,使用多功能电池,除了电气用途,还具有结构用途,旨在降低整个系统的体积和重量。

事实上,采用具有特定形状的电池,以适应电子设备内部的特定位置,可能是有用的方法。通过优化活性材料数量,提高整个系统的能量密度。近十年来,已经开发出了各种各样的解决方案,通过开发具有更大表面积的电极,如带交叉形电极的锂离子电池,提高设备的功率密度和能量。然而,大多数商用电芯类型的几何形状范围非常有限,限制了通过改变电池存储实现适应性。

锂离子电池熔丝的制备

与传统的生产工艺相比,3D打印的功率设备及其元件,在这一领域具有明显的优势,可以开发具有高表面积的电极,或制造具有适合特定产品设计的几何形状设备,并优化工艺中活性材料的数量。熔丝制造 (FFF) 是一种可行且低成本的锂离子电池制造方法,在不同技术中可用于制造具有定制几何结构的锂离子电池。比起需要使用有机粘结剂的标准复合电极,全陶瓷电极具有更高的能量密度,因此,将陶瓷FFF应用于电极领域,可能是一项有价值的技术。

此项研究详细介绍了通过FFF 3D打印复合长丝和烧结法,制备全陶瓷LTO负极和LCO电极,并对打印电极的微观和宏观结构、电导率、相稳定性和电化学性能进行了详细的分析。通过这种方法制备的3D打印LTO和LCO电极,具有与单轴压制陶瓷颗粒相同的电导率,分别显示168和129mAh g-1,为理论容量的96%和94%。

无论是在个人还是工业层面上,熔丝制造都是应用最广泛的增材制造创新方法,因其具有易用性、大规模制造能力,可以利用多种商用材料、低成本组件和3D打印设备。其他一些常见方法,如直写成型技术DIW或光聚合(vat polymerization)工艺,能够提供更好的分辨率,但存储和管理墨水和树脂原材料更加困难。可能出现退化和稳定问题,特别是在使用浆料的情况下,因为固体载荷需要凝聚/沉淀,乐观的结果是采用中间重构过程。

FFF应用方法

另一方面,FFF采用固体热塑性长丝,在使用前可以真空保存。此外,与DIW或光聚合方法不同,在这些长丝上可以直接加入固体填料/孔前体,而且在3D打印过程中不会产生任何实质性的改变。FFF技术也是多材料打印机领域最复杂的系统之一。

最近商业领域引入石墨烯/PLA复合长丝等许多材料,并通过一系列研究利用这些材料来制造石墨烯基锂离子电池负极,然而可用于电化学装置的商用FFF原料长丝有限。DIW,即直写成型技术,在3D打印过程中存在重大问题,比如以墨水为原材料,存在长期储存问题,而且比FFF中使用的长丝更难管理。这项研究推进了创建FFF 3D打印锂离子电池,这些电池具有通常与DIW有关的微特征。

*特别声明:本文为技术类文章,禁止转载或大篇幅摘录!违规转载,法律必究。

本文地址:https://auto.gasgoo.com/news/202111/25I70281850C501.shtml

文章标签: 电池
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