论文部分内容阅读
增材制造（3D打印）与各领域的交叉催生了大量的创新,其应用已远远超出原有范围,成为日益重要的创新工具。在3D打印的早期发展阶段,研究的重点集中在面向工程应用的机械结构件/原型件制造。近期,科研人员开始关注于用3D打印制备功能性器件,如能源器件（锂电池、超级电容器等）,电子器件（电阻、电容、电感等元器件）,微流控芯片与器件,生物医学器件（功能性生物组织与器件）、传感器（如用于智能穿戴的柔性传感器）等。3D打印为这些功能性器件的制造提供了全新的制造方法,并有可能从颠覆传统器件的设计理念与方法。锂离子电池由于其优异的性能成为现代社会中应用最为普遍的电化学储能器件。传统的涂布工艺制造的锂离子电池存在能量密度与功率密度之间的矛盾,而三维锂离子电池则可从结构上避免此矛盾。3D打印工艺由于其极高的加工柔性和加工复杂度,可为三维锂离子电池的制造提供一种新的途径。低温沉积3D打印将材料喷射至低温成形环境中,材料中的溶剂组分在低温下结晶以辅助成型,后以冷冻干燥方式去除,可制备出高孔隙率结构。本文使用低温沉积3D打印工艺制备率高孔隙率LiFePO4电极,并将其与涂布电极和常温3D打印电极进行对比,研究了不同制作工艺下,电极的电化学性能。结果表明低温沉积3D打印可提升LiFePO4电极的倍率性能,并探讨了低温沉积3D打印工艺提升倍率性能的原因。在浆料配置方面,使用平均粒径为1.5-2μm的LiFePO4作为活性材料,使用1,4二氧六环和去离子水作为溶剂,CMC作为粘接剂,Super-P作为导电剂,配置出可打印性能良好的LiFePO4浆料。对材料进行XRD分析,结果表明LiFePO4具有很好的结晶纯度。对比了低温沉积3D打印和室温3D打印的成型结构,结果表明低温沉积3D打印具有更好的成型性能,能够有效防止结构成型过程中的铺展与坍塌。对比了低温沉积3D打印LiFePO4电极、常温3D打印LiFePO4电极和涂覆式LiFePO4电极的电化学性能,结果表明低温沉积3D打印电极所具备的高孔隙率特征有效提高了高倍率下的充放电性能。分析其原因,在于增加的孔隙率有利于提升锂离子在电极中的有效扩散系数,因此低温沉积3D打印可用于制备高倍率性能锂离子电池。