首款用于锂离子电池的3D打印电解液

研究人员首次成功地打印出了一个完整的，尽管具有实验性的，包括固态电解质的锂离子电池。虽然以前使用3-D印刷技术生产电极，但伊利诺伊大学芝加哥工程学院的研究人员已经使用高温挤出印刷技术印刷了稳定但灵活的固态电解质。他们在《先进材料》杂志上报告了他们的发现。

锂离子电池通常用于家用和便携式电子产品以及某些机动车中。它们通过电解质，其可以是液体或固体的功能通过从负极的锂离子的移动，到正电极在放电过程中，然后在所述充电阶段回来。

大量生产这些电池是费力且昂贵的过程。需要将分别制造的电极和电解质放在一起并放置在外壳内。需要一个可控的环境来避免污染，并且需要进行大量的涂层和修饰才能制成电池。在常规生产中，无法轻松更改电池尺寸，也无法修改单个电池以适合特定设备，因为这将需要将用于生产电池的机器重置为新规格。

3-D打印可以更快，更便宜地生产和定制电池，因为所有部件都可以一次打印在一起。在其中电极已进行3D打印的锂离子电池中，传统上生产的电解液总是随后在单独的步骤中添加。

在常规的固态电解质生产中，需要用在电解质生产中使用的各种涂层和溶剂来制备电池外壳，然后必须在后期生产步骤中将其蒸发掉。如果将电解质直接打印到成型的3D打印电池中，蒸发将导致电解质收缩并从电极上拉开。这可能会导致电池短路。用于确保电解质与外壳和电极良好接触的涂层也很难装入3D打印电池中。

为了解决这些问题，UIC工学院的副教授Reza Shahbazian-Yassar和机械与工业工程学助理教授Yayue Pan与其同事一起设计了一种独特的3D打印机，该打印机可以在高温下工作。与在室温下进行的传统挤出3-D打印相比，它可以在大约120摄氏度下挤出材料。他们的固态电解质墨水由含有二氧化钛颗粒的聚合物基底组成，该二氧化钛颗粒使其具有柔韧性和功能性。独特的电解质墨水可以在打印时直接沉积到电池中。

UIC工程学院的研究生，该研究的主要作者孟成说：“高温防止了生产后的收缩。” “我们的技术极大地提高了电解质的制备效率以及将其结合到电池中的效率。”

Shahbazian-Yassar的实验性3D打印电池比使用传统方法制造电解质的电池具有更高的充电/放电容量和更好的性能。Reza说：“高温直接书写和我们的专用墨水是3D打印锂离子电池可行的概念证明。”