[发明专利]利用3D打印制备固态锂离子电池的方法及得到的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种利用3D打印制备固态锂离子电池的方法及得到的锂离子电池，包括以下步骤：S1、制备正极墨水、负极墨水和复合电解质墨水；S2、将正极墨水置于3D打印机针筒中，在玻璃基板上逐层打印并同时进行光固化，得到3D打印正极；S3、将复合电解质墨水置于3D打印机针筒中，在正极表面逐层打印并同时进行光固化，得到电解质；S4、将负极墨水置于3D打印机针筒中，在电解质表面逐层打印并同时进行光固化；S5、外层打印封装即得。本发明的方法结合了墨水直写成型和光固化成型的优点，可以实现3D打印一体化连续制备固态电池，提高了固态电解质与电极间紧密结合度，无需传统光固化工艺脱脂且无需大量添加剂，简化了配方和成型流程，整个打印制备过程避免了传统电池制备过程中所需的集流体、粘结剂、干燥、极片压实、组装、热塑封等过程，极大简化了制备工艺。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备技术领域，特别涉及一种利用3D打印制备固态锂离子电池的方法及得到的锂离子电池。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展和电网发展新型储能的需求增长，对于提高电池的能量密度和安全性能越来越迫切。传统锂离子电池大多采用液态有机电解质，其易燃、高压分解，导致电池安全性能较差。固态电池的出现可以有效解决这些缺点，其能显著提升电池的能量密度和安全性能，是锂离子电池未来发展的必然趋势。对于固态电池来讲，其技术难点之一在于提高电解质与电极固固界面稳定性，促进离子迁移速率。但传统的固态电池制备方法是分别制备出电极和电解质，再进行组装，该方法不仅不利于提高固固界面紧密度，导致界面阻抗增大，而且工艺流程耗时长。

近年来兴起的3D打印技术可彻底改变传统平面电极结构，可以根据需求定制复杂三维结构的电极和固态电解质结构，有利缩短锂离子迁移距离，提高锂离子扩散速率。但目前3D打印技术制备锂离子电池工艺比较复杂，通常单独打印出正极、负极，再与电解质在手套箱里组装成电池，流程繁琐耗时，不能充分利用3D打印的优势。同时，打印过程中需加入各种非电化学活性的成型剂，不利于电池电化学性能发挥。例如，采用灵敏性高的光固化技术需要加入较多量的光敏树脂材料，但此类材料本身不导电，需要脱脂脱模过程，现有光固化打印技术基本在电极和电解质制备方面有较大的局限性。而对于适用材料广泛的墨水直写技术，其对墨水有较高的流变性能要求，需要添加各种大量成型剂以满足打印要求，而通常所加添加剂对电极性能有较大负面影响，且打印墨水常常含有较多的水或其他溶剂，需要后续冷冻干燥或热处理才能得到最终电极，流程较复杂。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种利用3D打印制备固态锂离子电池的方法及得到的锂离子电池，本发明通过提供一种流程简单、能够一体化连续制备固态锂离子电池的3D打印技术，不仅克服了现有3D打印锂离子电池所存在的缺陷，无需传统光固化工艺脱脂和直写工艺中的大量添加剂，简化了成型墨水配方和打印工艺，而且得到的固态锂离子电池由于电极和电解质界面紧密结合度高，降低了固固界面阻抗，提高锂离子迁移能力，电池性能得到了明显提升。本发明采用的技术方案如下：一种利用3D打印制备固态锂离子电池的方法，包括以下步骤：

S1、取正极、负极和复合电解质墨水分别在磁力搅拌机上搅拌均匀，分别得到正极墨水、负极墨水和复合电解质墨水；

S2、将正极墨水置于3D打印机针筒中，设置打印机参数，在玻璃基板上逐层打印并同时进行光固化，得到3D打印正极；

S3、将复合电解质墨水置于3D打印机针筒中，设置打印机参数，在S2打印出来的正极表面逐层打印并同时进行光固化，得到与正极表面紧密结合的电解质；

S4、将负极墨水置于3D打印机针筒中，设置打印机参数，在S3打印出来的电解质表面逐层打印并同时进行光固化，得到与电解质表面紧密结合的负极，进而得到正极/电解质/负极电池结构件；

S5、将S4得到的电池结构件从玻璃板上剥离，外层打印封装，封装材料为光敏环氧树脂，即得。