基于3D打印技术的梯度孔隙结构复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3D打印技术的梯度孔隙结构复合电极及其制备方法。本发明专利技术方法包括：（1）采用3D打印技术构建三维多孔骨架，所述三维多孔骨架由多层孔隙层和位于相邻两孔隙层之间起支撑作用的支撑层构成，所述孔隙层上的孔隙呈阵列排布，且上下两层的孔隙相对，孔隙大小沿材料厚度方向的底层至顶层呈梯度变化，所述支撑层为若干竖向立柱，连接上下孔隙层的孔隙，并共同构成立方体形三维孔隙结构，所述三维孔隙在材料的厚度方向上大小呈梯度变化；（2）碳化处理或包覆导电涂层；（3）电化学沉积锌层。本发明专利技术通过调控三维骨架的孔隙结构与分布，调节锌离子的沉积行为，实现锌离子的高效传输与均匀沉积，从而提升锌负极性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学储能材料与先进制造，具体涉及3d打印技术的梯度结构复合电极及其制备方法。

技术介绍

1、随着可再生能源（如风能、太阳能、潮汐能和地热能）的快速发展，构建高效稳定的电化学储能系统已成为实现能源结构转型的关键。在众多二次电池体系中水系锌离子电池凭借其本质安全特性、低廉的制造成本和环境友好等优势备受关注。zn金属作为负极材料，不仅具有高理论容量和低氧化还原电位，还展现出优异的水系电解液兼容性及丰富的资源储备。然而，在锌离子的沉积/剥离过程中，锌负极表面易形成枝晶结构，其尖锐形貌可能穿透隔膜引发短路，严重制约电池的循环寿命与实用化进程。

2、三维骨架可通过增大电极有效表面积显著降低局部电流密度，同时均匀化界面电场分布，从而延缓枝晶形成。然而，现有三维骨架的制备技术（如模板法、化学气相沉积、粉末烧结等）普遍存在工艺复杂（需高温处理或多步加工）、结构单一（如仅限立方孔或蜂窝状孔）、精度不足（微米级孔隙难以调控）等问题。此外，传统方法制备的三维骨架通常具有均一的孔隙分布，导致锌离子优先沉积于骨架外表面及孔隙入口处，而内部孔隙因离子传输阻力本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.基于3D打印技术的梯度孔隙结构复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）所述3D打印技术包含但不限于熔融沉积成型、光固化成型、数字光处理、光固化立体成型和连续液相界面制造中的一种。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤（1）3D打印采用FDM技术时，打印原料包括但不限于聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯、尼龙、热塑性聚氨酯中的一种或几种；

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）3D打印采用SLA、DLP、LCD或CLIP技...

【技术特征摘要】

1.基于3d打印技术的梯度孔隙结构复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）所述3d打印技术包含但不限于熔融沉积成型、光固化成型、数字光处理、光固化立体成型和连续液相界面制造中的一种。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤（1）3d打印采用fdm技术时，打印原料包括但不限于聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯、尼龙、热塑性聚氨酯中的一种或几种；

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）3d打印采用sla、dlp、lcd或clip技术时，打印前先配制好打印墨水，所述打印墨水的配制方法如下：先将打印原料溶于溶剂中，然后与光遮蔽剂的分散液混合，再加入光引发剂的溶液混合均匀。其中，原料与光遮蔽剂的质量比为（10 ~ 1000）：1；原料与光引发剂的的质量比为（50 ~ 10000）：1。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述光遮蔽剂为pegda，所述光引发剂为三乙醇胺和曙红y。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，进一步地，步骤（1）打印时，设置所述三维多孔骨架孔隙层的底层孔隙尺寸为5 μm × 5 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，孙才喆，邹玥菲，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：