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《Advanced Energy Materials》:比较研究锂离子电池的增材制造工艺

《Advanced Energy Materials》:比较研究锂离子电池的增材制造工艺

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-06-27 14:49
  • 访问量:

【概要描述】

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2023年3月2日,爱尔兰都柏林圣三一学院的研究人员在《Advanced Energy Materials》上发表题为Additive Manufacturing of Li-Ion Batteries: A Comparative Study between Electrode Fabrication Processes 的研究论文,本文通过系统地评估增材制造锂电子电池的电化学性能,并将其与打印过程引起的物理变化相关联,对常见的增材制造技术进行多方面比较分析。

论文链接:

//doi.org/10.1002/aenm.202203747

  研究简介  

在锂离子电池领域,增材制造工艺正变得越来越重要,其快速原型设计,减少浪费和复杂3D结构是目前其他制造技术无法实现的强大优势。此外增材制造工艺在制备微能量存储设备方面也有巨大的潜力。

基于此,本文通过系统地评估增材制造锂电子电池的电化学性能,并将其与打印过程引起的物理变化相关联,将一些常见的增材制造技术与标准方法进行比较。通过使用基于LTO/ CNT的墨水,可以观察到导电添加剂的内部排列根据所用技术而发生显著改变,且这对器件的速率性能产生了影响。通过模型将容量率数据与电池的物理特性联系起来,可以找到打印电极上的限制因素,并将其与每种技术产生的材料排列联系起来。

  研究内容解读  

为了研究增材制造技术如何影响材料排列及其对电极材料性能的影响,研究人员选择LTO作为本工作中进行的所有测试的活性材料。LTO与CNTs结合,起到粘结剂和导电添加剂的作用。碳纳米管结合了优异的导电性和机械稳健性,并且通常只需要比其他添加剂低得多的质量分数(Mf),这提高了电极的容量。

本研究分别通过五种不同的沉积技术制备了LTO/CNTs复合电池电极,包括浆液铸造、真空过滤、挤出3D打印、AJP和喷涂。研究结果强调了微结构对电池电极的重要性,以及沉积技术对微结构的影响。这是优化设备的一个关键点,因为它有助于通过特定的设计来克服它们的局限性。例如,使用合成后处理可以帮助使没有隔离网络的样品的性能接近具有隔离网络的样品。

图1 不同制造工艺得到的电极的FIB-SEM横截面。所有的碳纳米管都是用相同的碳纳米管质量分数制备的,即5%。

图2 不同沉积技术工艺。

图3 模型中各参数影响。

图4 表观孔隙率与碳纳米管的对比。

图5 不同碳纳米管材料和技术的面内(紫色背景)和面外(绿色背景)电导率。面内电导率采用四点探头测量,面外电导率采用辅助信息测量。

——END——

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