3D打印锂离子电池技术及应用研究进展

吕沛霖1，孙东岳2,3，贾文鹏1，魏瑛康1, 张亮亮1, 王建勇1, 刘世锋1（1.西安建筑科技大学冶金工程学院）（2.上海璞泰来新能源科技股份有限公司）（3.深圳市新嘉拓自动化技术有限公司）

摘要：随着新能源行业的快速发展, 对高能量密度电池的需求日益增加。三维结构能通过创新电池构型、缩短离子扩散距离、增加电极材料表面积等方式提高能量密度, 但是传统工艺难以满足制造要求。3D 打印在三维结构电池的制造中展现出巨大潜力, 能够高效实现复杂几何结构高性能电池的设计制造。重点讨论了浆料直写(DIW)、喷墨打印(IJP)、熔融沉积成形(FDM)和立体光刻(SLA)4 种3D 打印技术在提高电池性能方面的研究进展和应用效果。研究显示, 通过DIW 技术制备的方格结构电极展现出优越的电化学性能, 并在高倍率充放电循环中保持稳定的容量, 相较于传统手段制备的电极性能提升显著。然而, 3D 打印技术在电极制造过程中仍面临材料流动性、厚度控制及长期循环性能等方面挑战, 未来的研究还需要深入探讨3D 打印电极设计的合理性, 包括在结构复杂性与功能性能之间找到平衡点, 解决这些问题对未来3D 打印锂离子电池技术的发展具有重要意义。

关键词：锂离子电池；3D 打印；浆料直写；喷墨打印；熔融沉积成形；立体光刻