[发明专利]一种3D打印电池电极的制备方法

说明书

本申请提供了一种3D打印电池电极的制备方法，其解决了现有电池电极不能防止SEI膜破裂并抑制锂枝晶生长的技术问题；包括：(1)根据器件尺寸设计打印模型，并将打印模型导入3D打印机中，设置打印参数；(2)将打印浆料加入3D打印机中进行打印，获得电池电极；打印浆料主要由电极活性材料、导电剂、粘结剂和光聚合剂按比例配制而成；(3)将步骤(2)得到的电池电极置于紫外灯下进行光固化反应，固化时间为10‑40分钟，随后在室温条件下干燥24h；(4)将步骤(3)得到的电池电极放入水热反应釜中进行水热反应，水热介质为浓度为0.01‑2mg/ml的氧化石墨烯溶液；(5)将步骤(4)得到的电池电极干燥后进行真空烧结处理。本申请广泛应用于电池电极技术领域。

技术领域

本申请涉及一种电池电极的制备方法，更具体地说，是涉及一种3D打印电池电极的制备方法。

背景技术

近年来，便携式终端(笔记本电脑、手机、平板电脑等)得到了迅速普及，当今社会发展对电池性能提出了越来越高的要求，使用以锂为代表的碱金属负极取代当今商业化的传统石墨负极是电池研究领域中被广泛认可的共识。但金属离子在碱金属负极表面的不均匀沉积及随之而来的枝晶生长问题制约了其实际应用，如何通过对锂金属负极的改性实现其稳定长效运行对锂金属负极的发展具有十分重要的战略意义。

金属锂负极的主要反应为锂失去电子变成锂离子进入电解液中，金属锂与有机体系的电解液将发生反应，消耗电解液中的锂离子的同时，在锂表面形成一层固体电解质膜(SEI)，SEI膜是优良的锂离子导体和电子绝缘体，不仅阻挡电解液与金属锂的进一步反应，同时保证了后续过程锂离子在电极表面进行沉积。通常，金属的电沉积过程会产生明显的枝晶现象，对金属锂来说也不例外。由于枝晶的产生和溶解，在反复循环过程中极易发生SEI膜的破裂，导致新的锂与电解液反应，同时枝晶断裂产生大量不具活性的“死锂”，由此严重影响到金属锂电极的寿命和安全性。因此设计开发能够保护SEI膜防止破裂并抑制锂枝晶的生长的新型电极材料对于提高电池性能具有重要的意义。

目前，传统的纳米电极材料制备方法如浆液涂敷法等获得的是不可控、可重复性差、易变形的电极结构。因此，制备3D结构的纳米电极材料被认为是实现高能量密度和功率密度的有效手段，而3D打印技术是一种典型的制备3D电池的先进技术。3D打印技术可以制备可定制化的电池电极，具有灵活应用的巨大优势；另一方面，该技术可以通过调整结构和尺寸来提供更多的活性材料以获得更高的能量密度，离子扩散距离也因此有效缩短，这可以保证制备的3D打印电池电极在不牺牲功率密度的情况下提高自身能量密度。

发明内容

为解决上述问题，本申请采用的技术方案是：提供一种3D打印电池电极的制备方法，包括：

(1)根据器件尺寸设计打印模型，并将打印模型导入3D打印机中，设置打印参数；

(2)将打印浆料加入3D打印机中进行打印，获得电池电极；打印浆料主要由电极活性材料、导电剂、粘结剂和光聚合剂按比例配制而成；

(3)将步骤(2)得到的电池电极置于紫外灯下进行光固化反应，固化时间为10-40分钟，随后在室温条件下干燥24h；

(4)将步骤(3)得到的电池电极放入水热反应釜中进行水热反应，水热介质为浓度为0.01-2mg/ml的氧化石墨烯溶液，水热时间为2-6h，水热温度为120-240℃；

(5)将步骤(4)得到的电池电极干燥后进行真空烧结处理，烧结温度为420-600℃，烧结时间为1-3h；

(6)将步骤(5)得到的电池电极干燥后获得3D打印电池电极。

优选地，步骤(2)中，光聚合剂主要由单体丙烯酰胺、交联剂亚甲基双丙烯酰胺和光引发剂I2959组成。

优选地，电极活性材料的重量份数为82-90份。