可穿戴纖維鋰離子電池的3D打印技術

供稿人:汪鑫 田小永

哈爾濱工業(yè)大學化工學院利用3D打印技術開發(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，用于可穿戴電子設備。

圖1 （a）纖維鋰離子電池結構示意圖；（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，碳納米管（CNTs）、聚偏氟乙烯（PVDF）、N-甲基吡咯酮烷（NMP）分別作為導電物質、粘結劑以及溶劑，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，放入熱縮管內后加入電解質并封裝，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構

圖3 電極材料的電化學性能

研究表明，這是人們首次將擠出3D打印技術應用于纖維正、負電極的制備，表現出了較好的機械性能、柔性以及電化學性能，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�，這項技術為智能、柔性、可穿戴的電子設備，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性能及應用

參考文獻：
Y.B. Wang, C.J. Chen, H. Xie, T.T. Gao, Y.G. Yao, G. Pastel, X.G. Han, Y.J. Li, J.P. Zhao, K. Fu, L.B. Hu, 3D-Printed All-Fiber Li-Ion Battery toward Wearable Energy Storage, Adv Funct Mater 27(43) (2017).、

供稿人:汪鑫 田小永 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室