一种柔性电池的3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性电池的3D打印方法，它主要包括三维建模，然后依序打印柔性电池的基体、集流体、正/负极以及挡板，并用基盖进行封装，注入电解液即得。本发明专利技术对传统的交叉指型电极的结构进行了改进，使得其能够适用于柔性电池，使用过程中不会坍塌变形，多次弯折后仍能保持优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性电池的3D打印方法
本专利技术属于新能源
，尤其涉及一种柔性电池的3D打印方法。
技术介绍
3D打印(3Dprinting)技术又称三维打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。随着3D打印技术的日益完善，3D打印技术已广泛应用于军事、电子、医学、生物、新能源等领域，尤其是新型3D打印集成锂离子电池的出现，有效实现了锂离子电池阴阳极及其封装系统的有效集成，大大提高了电池电极材料中活性物质的比例，缩短了锂离子电池充放电过程中的迁移距离，提高了锂离子的扩散速率和迁移率。然而，现有的3D打印技术所制备的锂离子电池一般为不需要隔膜的阴阳极叉指结构，这种结构易于打印，但锂离子电池电极材料在锂存储过程中体积变化显著且应力较大，在充放电过程中电极易变形甚至坍塌。如果将这种阴阳极叉指结构应用于柔性电池，经过多次弯折变形后复原，电极的损坏速度更快。因此，基于3D打印技术对上述结构进行改进，是解决这一问题的关键。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有的叉指型电极充放电过程中结构易坍塌、不适用于柔性电池等缺点，提供一种柔性电池的3D打印方法。该方法对传统的叉指型电极的结构进行了改进，使其能够用于柔性电池，在充放电过程中结构完整，经过多次弯折复原，结构依然完整、牢固。此外，其还增大了柔性电池中电极材料活性物质的比例，提高了柔性电池的电化学性能。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种柔性电池的3D打印方法，主要包括如下步骤：(1)利用三维软件建模，设计柔性电池基体及基盖的结构、集流体的形状和位置、正/负极浆料的形状和位置、挡板的形状和位置；(2)根据三维模型打印柔性电池基体及基盖，其中，基体和基盖内部设计有相互啮合的三角形齿形面；(3)将导电材料打印到基体的齿形面，形成交叉指型集流体，其中交叉指型集流体的根部与所述三角形的顶部棱线相垂直，所述交叉指型集流体的指部位于所述三角形的两腰并与所述三角形的顶部棱线相平行；(4)将正/负极浆料打印到正/负极集流体上，形成柔性电池的正/负极；(5)在正/负极之间打印挡板，所述挡板的顶部距离三角形腰面的距离大于等于所述正/负极集流体与所述正/负极厚度之和；(6)将集体和基盖封装在一起，其三角形齿形区相互吻合，其内部空隙构成电解液的存储空间。作为本专利技术改进的技术方案，所述挡板的平面内分布有多个孔。作为本专利技术改进的技术方案，所述正/负极活性物质中的其中一种物质呈“U”型打印在正极或负极集流体上，另一种物质呈“T”型打印在负极或正极集流体上。作为本专利技术改进的技术方案，所述三角形两腰面之间的连接处为与两腰面相切的弧面，正/负极位于三角形的腰面内并避开所述弧面。进一步地，所述腰面与腰面之间的夹角为30～75°，所述腰面的长度与所述弧面的半径之比为30：1～10：1。优选地，所述腰面与腰面之间的夹角为40～60°，所述腰面的长度与所述弧面的半径之比为20：1～15：1。作为本专利技术改进的技术方案，所述三角形的底边位于所述基体的中分面上。作为本专利技术改进的技术方案，所述基体、基盖、挡板的打印工艺为：将1～8％wt氟硼酸重氮盐溶于10～20％wt丙烯酸辛酯中，加入0.01～1％wt二氧化钛纳米粉超声分散均匀，然后再加入10～25％wt含氢硅油、15～30％wt丙烯酸酯、15～60％wt聚氨酯丙烯酸树脂、0.1～2％wt二丙酮醇、0.1～2％wt辛醇混合在一起，形成混合浆料；高速搅拌、超声分散混合浆料并重复操作多次，使混合浆料中的每种物质分散均匀，得到光固化3D打印浆料；将所述光固化3D打印浆料注入3D打印机中，调整固化光源的波长为300～400nm，每层打印厚度为100～2000μm,曝光时间为2～10s。进一步地，所述基体、基盖、挡板的打印工艺为：将2～6％wt氟硼酸重氮盐溶于12～18％wt丙烯酸辛酯中，加入0.1～0.5％wt二氧化钛纳米粉超声分散均匀，然后再加入15～22％wt含氢硅油、20～28％wt丙烯酸酯、24～48％wt聚氨酯丙烯酸树脂、0.5～1.5％wt二丙酮醇、0.5～1.5％wt辛醇混合在一起，形成混合浆料；高速搅拌、超声分散混合浆料并重复操作多次，使混合浆料中的每种物质分散均匀，得到光固化3D打印浆料；将所述光固化3D打印浆料注入3D打印机中，调整固化光源的波长为350～400nm，每层打印厚度为500～1000μm,曝光时间为4～8s。优选地，所述基体、基盖、挡板的打印工艺为：将4％wt氟硼酸重氮盐溶于15％wt丙烯酸辛酯中，加入0.3％wt二氧化钛纳米粉超声分散均匀，然后再加入20％wt含氢硅油、25％wt丙烯酸酯、33.7％wt聚氨酯丙烯酸树脂、1％wt二丙酮醇、1％wt辛醇混合在一起，形成混合浆料；高速搅拌、超声分散混合浆料并重复操作多次，使混合浆料中的每种物质分散均匀，得到光固化3D打印浆料；将所述光固化3D打印浆料注入3D打印机中，调整固化光源的波长为365nm，每层打印厚度为500μm,曝光时间为5s。有益效果：本专利技术对传统的叉指型电极结构进行了改进，使电池的正/负极位于三角形斜坡腰面上，一方面可以可以增大正/负极活性物质的量，提高柔性电池的电化学性能，另一方面，柔性电池在受到弯曲应力时，三角形的两腰面连接处将受到极大的挤压作用力，但三角形的腰面不会受到弯曲应力的影响，即正/负极活性物质不会受到柔性电池弯曲变形的影响。此外，在正/负极之间还打印上挡板，有效地将正/负极限定在挡板构成的凹槽内并给予正/负极活性物质支撑作用力，防止了正/负极活性物质在充放电过程中发生坍塌变形，正/负极物质串联而导致柔性电池短路。本专利技术还提供了基体、基盖、挡板的打印工艺，工序简单，制得的基体、基盖、挡板的柔性和韧性满足柔性电池的需要，经过多次弯折、充放电等操作后不断裂、不变脆。附图说明图1为本专利技术的基体和基盖的结构示意图；图2为其中一个三角形表面的电极结构分布图；图3为三角形齿形面的结构示意图；图4为基体和基盖封装后的结构示意图。具体实施方式为了使本领域的技术人员更清楚明了地理解本专利技术，现结合附图及具体实施方式，对本专利技术进行详细说明。本专利技术的柔性电池的3D打印方法，主要包括如下步骤：(1)利用三维软件建模，设计柔性电池基体1及基盖2的结构、集流体(4，4’)的形状和位置、正/负极(7，7’)浆料的形状和位置、挡板8的形状和位置；(2)根据三维模型打印柔性电池基体1及基盖2，其中，基体1和基盖2内部设计有相互啮合的三角形齿形面，如图1所示；(3)将导电材料打印到基体1的齿形面，形成交叉指型集流体(4，4’)，其中交叉指型集流体(4，4’)的根部与所述三角形的顶部棱线相垂直，所述交叉指型集流体(4，4’)的指部位于所述三角形的两腰并与所述三角形的顶部棱线相平行(如图1的放大区3)；(4)将正/负极(7，7’)浆料打印到正/负极集流体(4，4’)上，形成柔性电池的正/负极(7，7’)，优选地，所述正/负极(7，7’)活性物质中的其中一种物质呈“U”型打印在正极或负极集流体(4，4’)上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性电池的3D打印方法，主要包括如下步骤：(1)利用三维软件建模，设计柔性电池基体及基盖的结构、集流体的形状和位置、正/负极浆料的形状和位置、挡板的形状和位置；(2)根据三维模型打印柔性电池基体及基盖，其中，基体和基盖内部设计有相互啮合的三角形齿形面；(3)将导电材料打印到基体的齿形面，形成交叉指型集流体，其中交叉指型集流体的根部与所述三角形的顶部棱线相垂直，所述交叉指型集流体的指部位于所述三角形的两腰并与所述三角形的顶部棱线相平行；(4)将正/负极浆料打印到正/负极集流体上，形成柔性电池的正/负极；(5)在正/负极之间打印挡板，所述挡板的顶部距离三角形腰面的距离大于等于所述正/负极集流体与所述正/负极厚度之和；(6)将集体和基盖封装在一起，其三角形齿形区相互吻合，其内部空隙构成电解液的存储空间。

【技术特征摘要】
1.一种柔性电池的3D打印方法，主要包括如下步骤：(1)利用三维软件建模，设计柔性电池基体及基盖的结构、集流体的形状和位置、正/负极浆料的形状和位置、挡板的形状和位置；(2)根据三维模型打印柔性电池基体及基盖，其中，基体和基盖内部设计有相互啮合的三角形齿形面；(3)将导电材料打印到基体的齿形面，形成交叉指型集流体，其中交叉指型集流体的根部与所述三角形的顶部棱线相垂直，所述交叉指型集流体的指部位于所述三角形的两腰并与所述三角形的顶部棱线相平行；(4)将正/负极浆料打印到正/负极集流体上，形成柔性电池的正/负极；(5)在正/负极之间打印挡板，所述挡板的顶部距离三角形腰面的距离大于等于所述正/负极集流体与所述正/负极厚度之和；(6)将集体和基盖封装在一起，其三角形齿形区相互吻合，其内部空隙构成电解液的存储空间。2.根据权利要求1所述的柔性电池的3D打印方法，其特征在于：所述挡板的平面分布有多个孔。3.根据权利要求1所述的柔性电池的3D打印方法，其特征在于：所述正/负极活性物质中的其中一种物质呈“U”型打印在正极或负极集流体上，另一种物质呈“T”型打印在负极或正极集流体上。4.根据权利要求1所述的柔性电池的3D打印方法，其特征在于：所述三角形两腰面之间的连接处为与两腰面相切的弧面，正/负极位于三角形的腰面内并避开所述弧面。5.根据权利要求1所述的柔性电池的3D打印方法，其特征在于：所述腰面与腰面之间的夹角为30～75°，所述腰面的长度与所述弧面的半径之比为30：1～10：1。6.根据权利要求5所述的柔性电池的3D打印方法，其特征在于：所述腰面与腰面之间的夹角为40～60°，所述腰面的长度与所述弧面的半径之比为20：1～15：1。7.根据权利要求1所述的柔性电池的3D打印方法，其特征在于：所述三角形的底边位于所述基体的中分面上。8.根据权利要求1所述的柔性电池的3D打印方法，其特征在于，所述基体、基盖、挡板的打印工艺为：将1～8％wt氟硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁超，黄健鹏，
申请(专利权)人：东莞华南设计创新院，
类型：发明
国别省市：广东,44