一种冷法粉状电极打印材料及其打印电极制备方法技术

本发明专利技术公开了一种冷法粉状电极打印材料，按照质量百分比由以下组分组成：镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、石墨中的任一种，占总质量的84‑98.35％；石墨烯、纳米碳管、洋葱碳、纳米银线中的任一种，占总质量的1‑10％；酚醛树脂粉末占总质量的0.5‑5.0％；乌洛托品占酚醛树脂量的10％；硬脂酸钙、硬脂酸锌中的任一种，占总质量的0.1‑0.5％，总和为100％。本发明专利技术还公开了利用上述的冷法粉状电极打印材料打印电极的制备方法。本发明专利技术的原料选择广泛，制备工艺简单，并且能够在微尺寸维度内对电极形状进行精细化控制，能保证电极的电化学性能。

A cold method powder electrode printing material and its printing electrode preparation method

The invention discloses a cooling method of powder electrode printing materials, according to the weight percentage is composed of the following components: a lithium cobalt nickel oxide, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium iron phosphate, lithium titanate, graphite, accounted for 84 of the total mass of 98.35%; graphene, carbon nanotubes, onion carbon nano silver, in any one, the total mass of 1 10%; phenolic resin powder accounts for 0.5 accounted for 5%; 10% of the amount of urotropine phenolic resin; either calcium stearate and zinc stearate in the total mass of 0.1 0.5%, the sum of 100%. The invention also discloses the preparation method of the printing electrode using the cold method powder electrode printing material. The invention has wide selection of raw materials, simple preparation process, and fine control of electrode shape in micro dimension dimension, which can ensure the electrochemical performance of electrode.

【技术实现步骤摘要】
一种冷法粉状电极打印材料及其打印电极制备方法
本专利技术属于材料成型
，涉及一种冷法粉状电极打印材料，本专利技术还涉及该种冷法粉状电极打印材料打印电极的制备方法。
技术介绍
近年来，为了适应各类微电子器件的发展及需求，各国学者展开了微型化电池的研究，以期研制出能够为各类微型设备提供安全、轻便的电子能源。而只有当正极和负极电极具有高比容量、高电压差和良好的结构稳定性时，微电池才能实现高能量密度和长使用寿命。目前已经报道有多种制备微电池薄膜电极的方法，如溶胶凝胶涂膜方法、射频磁控溅射方法、喷雾热解法、静电喷雾沉积、脉冲激光沉积、金属有机化学气相沉积方法及水热方法等。但这些方法存在对设备要求高、操作复杂、制作速度慢、电极形状尺度较难精确控制以及需要经过后续高温热处理等主要缺点。3D打印是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。基于3D打印技术的可控性及其对实现3D结构的易操作性，各国学者开始了以该技术为基础的3D打印微电池的研究。然而，3D打印所用粉末不仅要有良好的可塑性，同时对粒径、粒度分布、流动性，以及球形度等各个方面也有着较高的要求，这就给3D打印所用粉末的制备带来了严峻的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种冷法粉状电极打印材料，该材料具有粉末粒径细小、流动性好等优点，能够制备出电化学性能优异的微电池电极。本专利技术的另一目的在于提供一种冷法粉状电极打印材料打印电极的制备方法，简化了传统电极制备方法的复杂性，并且能够精确控制电极形状，节省了载体，有利于环境保护。本专利技术所采用的技术方案是，一种冷法粉状电极打印材料，按照质量百分比由以下组分组成：镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、石墨中的任一种，占总质量的84-98.35％；石墨烯、纳米碳管、洋葱碳、纳米银线中的任一种，占总质量的1-10％；酚醛树脂粉末，占总质量的0.5-5.0％；乌洛托品，占酚醛树脂量的10％；硬脂酸钙、硬脂酸锌中的任一种，占总质量的0.1-0.5％，总和为100％。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种冷法粉状电极打印材料打印电极的制备方法，按照以下步骤实施：步骤1、称取原料，按照质量百分比分别称取以下原料：镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂或石墨之一84-98.35％；石墨烯、纳米碳管、洋葱碳或纳米银线之一1-10％；酚醛树脂粉末0.5-5.0％；乌洛托品为酚醛树脂量的10％；硬脂酸钙或硬脂酸锌0.1-0.5％，总和为100％；步骤2、制备冷法粉状电极打印材料2.1)先将酚醛树脂和乌洛托品一起溶入工业乙醇、丙酮或糠醛中，搅拌均匀制得混合溶液A；2.2)将称取的镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂或石墨中的任一种，与称取的石墨烯、纳米碳管、洋葱碳或纳米银线中的任一种，一起在高效间歇式搅拌混合器中均匀混合5-28分钟，得到混合超细粉末B；2.3)为使酚醛树脂受热熔融，包覆在电极粉末表面，将步骤2.2)得到的混合超细粉末B在氮气气氛保护下，加热到55-85℃，得到导电粉末；2.4)将步骤2.1)制备的混合溶液A与导电粉末混合，在高效间歇式搅拌混合器中，通入压缩空气并搅拌10-50分钟，使酚醛树脂均匀的包覆在导电粉末表面，得到混合物C；2.5)将步骤2.4)制备的混合物C中加入硬脂酸钙或硬脂酸锌，搅拌5-20分钟，即制得冷法粉状电极打印材料；步骤3、制备打印电极3.1)建立打印电极的3D模型，输出为STL格式并对打印电极模型进行切片分层，将需要成型制件的打印电极STL格式数据导入打印设备；3.2)设置参数，进行冷法粉状电极打印材料铺层，最终进行激光烧结成型，即获得电极成品。本专利技术的有益效果是，按照上述配比和制备工艺所制备的冷法粉状电极打印材料，导电相粉末具有良好的可塑性，粒径细小且具有一定的流动性，具有优异的电化学性能和打印性能；相比于传统印刷电极所使用材料，减少了载体的使用，节约了原料，有利于环境保护；原料选择广泛，制备工艺简单，并且能够在微尺寸维度内对电极形状进行精细化控制，保证电极的电化学性能。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的冷法粉状电极打印材料，按照质量百分比由以下组分组成：正极电极粉末材料为镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂中的任一种，负极电极材料为钛酸锂、石墨中的任一种，六种任选之一占总质量的84-98.35％；电极增强相为石墨烯、纳米碳管、洋葱碳、纳米银线中的任一种，占总质量的1-10％；粘结剂为酚醛树脂粉末，具有耐热性好、粘接强度高、耐老化性能好及电绝缘性优良，且价廉易等优点，占总质量的0.5-5.0％；固化剂为乌洛托品，占酚醛树脂量的10％；润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的任一种，具有良好的润滑性，且价廉易得，毒性小，加工性能好，占总质量的0.1-0.5％，以上组分总和为100％。镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、石墨粒径均为0.5-10μm的超细微粉；石墨烯、纳米碳管、洋葱碳、纳米银线粒径均为0.5-10μm的超细微粉作为导电增强相，提高电极材料的导电性。本专利技术利用上述的冷法粉状电极打印材料打印电极的制备方法，按照以下步骤实施：步骤1、称取原料，按照质量百分比分别称取以下原料：镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂或石墨之一84-98.35％；电极增强相石墨烯、纳米碳管、洋葱碳或纳米银线之一1-10％；粘结剂酚醛树脂粉末0.5-5.0％；固化剂乌洛托品为酚醛树脂量的10％；润滑剂硬脂酸钙或硬脂酸锌0.1-0.5％，以上组分总和为100％。步骤2、制备冷法粉状电极打印材料2.1)先将粘结剂酚醛树脂和固化剂乌洛托品一起溶入工业乙醇、丙酮或糠醛中，搅拌均匀制得混合溶液A；2.2)将步骤1中称取的镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂或石墨中的一种，与称取的石墨烯、纳米碳管、洋葱碳或纳米银线中的一种，一起在高效间歇式搅拌混合器中均匀混合5-28分钟，得到混合超细粉末B；2.3)为使酚醛树脂受热熔融，包覆在电极粉末表面，将步骤2.2)得到的混合超细粉末B在氮气气氛保护下，加热到55-85℃，得到导电粉末；2.4)将步骤2.1)制备的混合溶液A与导电粉末混合，在高效间歇式搅拌混合器中，通入压缩空气并搅拌10-50分钟，使酚醛树脂均匀的包覆在导电粉末表面，得到混合物C；2.5)将步骤2.4)制备的混合物C中加入润滑剂硬脂酸钙或硬脂酸锌，搅拌5-20分钟，即制得本专利技术的冷法粉状电极打印材料。步骤3、制备打印电极3.1)建立打印电极的3D模型，输出为STL格式并对打印电极模型进行切片分层，将需要成型制件的打印电极STL格式数据导入打印设备；3.2)设置参数，进行冷法粉状电极打印材料(粉末材料)铺层，最终进行激光烧结成型，即获得本专利技术用冷法制备粉状打印材料打印出的电极成品。采用上述的镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂得到的电极成品用于正极电极，采用上述的钛酸锂、石墨得到的电极成品用于负极电极。实施例1按质量比为95.6：3：1:0.1:0.3称取镍钴锰酸锂、石墨烯、酚醛树脂粉末、乌洛托品、硬脂酸钙。先将酚醛树脂和乌洛托品一起溶入工业乙醇中，搅拌均匀制得混合溶液A；为细化导电颗粒，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷法粉状电极打印材料，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成：镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、石墨中的任一种，占总质量的84‑98.35％；石墨烯、纳米碳管、洋葱碳、纳米银线中的任一种，占总质量的1‑10％；酚醛树脂粉末，占总质量的0.5‑5.0％；乌洛托品，占酚醛树脂量的10％；硬脂酸钙、硬脂酸锌中的任一种，占总质量的0.1‑0.5％，总和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种冷法粉状电极打印材料，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成：镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、石墨中的任一种，占总质量的84-98.35％；石墨烯、纳米碳管、洋葱碳、纳米银线中的任一种，占总质量的1-10％；酚醛树脂粉末，占总质量的0.5-5.0％；乌洛托品，占酚醛树脂量的10％；硬脂酸钙、硬脂酸锌中的任一种，占总质量的0.1-0.5％，总和为100％。2.根据权利要求1所述的一种冷法粉状电极打印材料，其特征在于，所述的镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、石墨粒径均为0.5-10μm；石墨烯、纳米碳管、洋葱碳、纳米银线粒径均为0.5-10μm。3.一种冷法粉状电极打印材料打印电极的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、称取原料，按照质量百分比分别称取以下原料：镍钴锰酸锂、锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂或石墨之一84-98.35％；石墨烯、纳米碳管、洋葱碳或纳米银线之一1-10％；酚醛树脂粉末0.5-5.0％；乌洛托品为酚醛树脂量的10％；硬脂酸钙或硬脂酸锌0.1-0.5％，总和为100％；步骤2、制备冷法粉状电极打印材料2.1)先将酚醛树脂和乌洛托品一起溶入工业乙醇、丙酮或糠醛中，搅拌均匀制得混合溶液A...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈银虎，时晶晶，成小乐，祁志旭，祁攀虎，周思君，刘晓妮，王蕾，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61