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可穿戴纖維鋰離子電池的3D打印技術(shù)

 哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院利用3D打印技術(shù)開發(fā)了一種纖維鋰離子電池,這種鋰離子電池具有較好的柔性,可以與衣物纖維編織在一起,用于可穿戴電子設(shè)備。

圖1 (a)纖維鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖;(b)可穿戴鋰離子電池

      該研究利用磷酸亞鐵鋰(LFP)、鈦酸鋰(LTO)顆粒作為正、負極活性物質(zhì),碳納米管(CNTs)、聚偏氟乙烯(PVDF)、N-甲基吡咯酮烷(NMP)分別作為導(dǎo)電物質(zhì)、粘結(jié)劑以及溶劑,制備出可打印的正、負極“墨水”。在打印過程中,打印頭被浸沒在乙醇溶液中,以便打印出的纖維電極快速凝固,將打印好的纖維凝固1分鐘,然后取出后晾干,得到所需電極。電極的正、負極在包裹聚合物后纏繞成一股,放入熱縮管內(nèi)后加入電解質(zhì)并封裝,即得到纖維鋰離子電池。

圖2 纖維鋰離子電池制造過程及微觀結(jié)構(gòu)

圖3 電極材料的電化學(xué)性能

     研究表明,這是人們首次將擠出3D打印技術(shù)應(yīng)用于纖維正、負電極的制備,表現(xiàn)出了較好的機械性能、柔性以及電化學(xué)性能,其首次充放電比容量分別為141.3、110mAh/g,并且在30次循環(huán)后,仍能保持初始值的81%??傊?,這項技術(shù)為智能、柔性、可穿戴的電子設(shè)備,提供了一種快速、低成本、可拓展的電池制造方式。

圖4 纖維鋰離子電池的電化學(xué)性能及應(yīng)用

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