Alle solid state batterijen, als nieuw type batterijtechnologie, hebben de afgelopen jaren veel aandacht en onderzoek gekregen. In vergelijking met traditionele vloeibare-staatbatterijen hebben alle halfgeleiderbatterijen een hogere energiedichtheid, hogere laad- en ontladingssnelheden en betere veiligheidsprestaties.
Alle solid state accu's hebben echter te maken met een aantal uitdagende problemen in hun ontwikkeling, waaronder het oplossen van de interface-problemen cruciaal wordt, waaronder de reactie aan de interface-zijde en de stabiliteit van de interface tussen de solid elektrolyt en de elektrodematerialen. Bovendien moeten de productiekosten en de levensduur van alle solid-state batterijen verder worden geoptimaliseerd en verbeterd.
De toepassing van 3D-afdruktechnologie op het gebied van batterijen
Als nieuwe productietechnologie kan 3D-printen de vorm en structuur nauwkeurig regelen van micro tot macro zonder te vertrouwen op een sjabloon, waardoor de energiedichtheid en de energiedichtheid van batterijen worden verbeterd. Met de snelle ontwikkeling van 3D-afdruktechnologie proberen steeds meer onderzoekers 3D-afdruktechnologie te gebruiken om alle solid state-batterijen voor te bereiden, waardoor er meer mogelijkheden zijn voor de massaproductie van solid-state batterijen.
Overzicht van materialen en processen van 3D-gedrukte batterijen
Het heeft aanzienlijke voordelen op de volgende gebieden: (1) de complexe structuur die nodig is voor de fabricage; (2) nauwkeurige controle van de vorm en dikte van de elektrode; (3) het printen van een solid-state elektrolytstructuur met een hoge stabiliteit en een veilige werking; (4) lage kosten, milieuvriendelijk en eenvoudig te bedienen; (5) het samenvoegen en verpakken van apparaten door rechtstreekse integratie van batterijen en andere elektronische producten wordt voorkomen.
3D-afdruktechnologie
Momenteel zijn de 3D-printtechnologieën die worden gebruikt voor solid-state batterijen voornamelijk bindmiddel (of slib), poederlasersinteringtechnologie SLS, en het gieten van foto's SLA \ DLP.
Lijm (of slurry) spuitgieten
De lijm kan selectief op het oppervlak van het elektrodepoeder op de stroomcollector worden gespoten via een spuitmond, waarna het poedermateriaal aan elkaar kan worden gehecht om een vaste laag te vormen, laag voor laag te lijmen en uiteindelijk een 3D-elektrode te vormen. Door twee of drie keer heen en weer te gaan kan een dunne laag elektrode worden gehecht, en kan de volgende laag poeder hetzelfde materiaal of elektrolytmateriaal zijn. Om droge elektroden of alle halfgeleiderbatterijen te kunnen produceren, kan elke vorm van elektroden of batterijen worden vervaardigd door elke laag vlak voor laag te lijmen.
Poederlasersinteringtechnologie SLS
Het afdrukproces van SLS wordt bereikt door gesinterde poedermaterialen te bestralen met een krachtige laserstraal. Het gebied waar de laser bestraald wordt zal snel smelten en in vorm plakken, terwijl het poeder dat niet bestraald wordt nog steeds gerecycled kan worden. Op zo'n printplatform kunnen meerdere elektrodeplaten worden vervaardigd.
Deze methode, samen met de bindmiddel (of slurry) spray forming technologie, zal naar verwachting de productie van droge elektroden bereiken.
UV-UITHARDING SLA/DLP
Het principe is het bestralen van polymeer-elektrolyt of organisch-anorganisch gemengd elektrolyt van halfgeleiderbatterijen met ultraviolet licht of licht oppervlak, waardoor ze laag voor laag stollen en in vorm overgraasen. Vanwege de onvolledige ontwikkeling van materialen is het echter noodzakelijk om een aantal niet-functionele fotomoterisering toe te voegen, wat de batterijprestaties zal verminderen, zodat de toepassingsomvang beperkt is.
Solid-state batterijen voor 3D-printen
3D-printen is een veelbelovende technologie bij het gebruik van solid-state batterijen. Door het vermogen van deze technologie om verschillende soorten drukmaterialen te gebruiken, kunnen onderzoekers de driedimensionale structuur van elektroden, elektrolyten, scheiders en stapelen in batterijen veranderen.
Positief elektrodeontwerp
Het gebruik van 3D-afdruktechnologie kan positieve elektrodematerialen voor lithiumbatterijen ontwerpen, waardoor een bestuurbare transformatie van tweedimensionale elektroden naar driedimensionale elektroden wordt bereikt, de activiteit van het elektrodeoppervlak wordt verbeterd, de transportafstand van ionen wordt verkort en een positieve voorbereiding van de elektrode bij hoge belasting wordt bereikt. Bovendien kan de beheersbaarheid van de dikte van het positieve elektrodemateriaal een instelbare kwaliteit van het actieve materiaal bereiken, waardoor uiteindelijk het doel van lithiumbatterijen met een hoge energiedichtheid en een hoge vermogensdichtheid wordt bereikt.
Positieve en negatieve elektroden voor 3D-afdrukbatterij
Gestructureerde negatieve elektrode
Bij het aanbrengen van negatieve elektroden van lithiumbatterijen kan het construeren van gestructureerde negatieve elektroden van lithiummetaal via 3D-afdrukken het specifieke oppervlak van de elektrode vergroten, het totale elektrische veld gelijkmatig verdelen over de poreuze elektrode, het doel bereiken van het verminderen van de effectieve stroomdichtheid, uniforme depositie, en het onderdrukken van de expansie van het elektrodevolume, waardoor de stabiliteit en veiligheid van de batterij tijdens het fietsen worden verbeterd. Bovendien kan 3D-afdruktechnologie worden gebruikt om controleerbare morfologie en sjabloonontwerp van het afdrukmateriaal te bereiken. Elektrochemische neerzetting of smeltmethoden kunnen het gedrag van metalen lithium effectief beheersen, de groei van lithiumdendriet onderdrukken en het doel van een lange levensduur van lithiummetaalbatterijen bereiken, waardoor het probleem van kortsluiting van de accu's wordt opgelost.
Ontwerp met membraan/vaste elektrolyt
Met de voortdurende ontwikkeling van 3D-afdruktechnologie kan ook de elektrolyt van batterijen direct worden geprint, waardoor de productieprocedures, tijd en kosten afnemen. Vanwege beperkingen in de luchtstabiliteit zijn sulfide- en halideelektrolyten echter mogelijk niet geschikt voor afdrukken. Daarom zijn polymeer en oxide elektrolyten een type solid-state elektrolyt dat het potentieel heeft voor 3D-printen in alle solid-state batterijen.
3D-afdrukmembranen kunnen een rationeel ontwerp van membraanstructuur en uniforme ionenflux bereiken, waardoor de vorming van lithiumdendriet wordt verminderd. Om een hoge iongeleiding in halfgeleiderlithiumbatterijen te bereiken, is het gewoonlijk noodzakelijk om vaste elektrolyten in het actieve materiaal van de positieve elektrode te integreren. Deze solide interface moet naadloos zijn en voldoende flexibiliteit hebben om te kunnen voldoen aan de geometrische veranderingen die worden veroorzaakt door het laad- en ontlaadproces. 3D-printen kan de interfacestructuur nauwkeurig optimaliseren om te voldoen aan de strenge eisen voor solid-solid interface in solid-state lithium-metaalbatterijen.
Gecontroleerde Leverancier 
