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摘要：日本东北大学宣布成功开发出一种可在短时间内、在室温下按需对固态锂离子电池进行3D打印制造的技术，并且通过使用其所研究出的电解质油墨材料、钴酸锂正极油墨和钛酸锂负极油墨，成功制作出类固态LIB（不包括封装部分），而且已经证实能够进行100次以上的稳定充放电。

关键字：类固态锂离子电池、3D打印技术、类固体电解质、凝胶状材料、油墨材料

11月11日，日本东北大学宣布，通过开发出锂离子导电性离子液体电解质的3D打印技术，进而成功开发出可短时间内、在室温下按需对固态锂离子电池进行3D打印制造的技术。

锂离子电池（LIB）应用领域广泛，但由于其电解液中含有锂，存在与空气（氧气）接触后就会剧烈燃烧的课题。以固体电解质代替电解液的全固态LIB作为该课题的解决方案之一，其研发正在全球范围内进行。

另一方面，难以挥发且难以燃烧的锂离子导电性离子液体以及使用这种液体的“类固体LIB”的研发也在进行中，该研究小组也是其中之一。

此外，针对LIB，未来还需要能够满足各种蓄电设备需求的按需制造，研究小组也在这一方面不断努力，近年来正在推进3D打印技术在蓄电设备上的应用研究。2021年4月，该研究小组已经发表了能够通过3D打印制造的电化学电容器。

3D打印建模的类固态LIB的示意图

然而，到目前为止，使用3D打印技术在室温下制造固态LIB是非常困难的。本次，研究小组运用此前积累的经验，向类固体LIB的室温3D打印制造技术的开发发起了挑战。

通过调节构成成分——锂离子导电性离子液体与氧化物纳米颗粒的组成比例，可以将类固体电解质制成（类）固体粉末状或凝胶状。在类固态电池中，多使用含有大量氧化物纳米颗粒成分的固体状材料，而本研究中将重点放在了凝胶状材料，研究小组发现，在凝胶状材料中混入紫外线硬化树脂后，形成了一种可以通过光固化立体造型方法进行室温3D打印的油墨材料。

所开发的电解质油墨材料具有类固体电解质所具有的高锂离子导电性、难挥发性和阻燃性，并且可用于光固化立体造型3D打印，具有高速且高成型性。在本次研究中，通过使用该电解质油墨材料、钴酸锂正极油墨和钛酸锂负极油墨，仅通过3D打印技术成功制作出类固态LIB（不包括封装部分），并且已经证实其能够进行100次以上的稳定充放电。

本次开发的技术和材料可以在聚合物等具有热分解性的软材料上进行室温下3D打印建模，还可以应用于生物相容性微型电池和柔性设备。此外，通过设计3D打印机，可以对从微米级到米级的任何尺寸和形状的电池进行建模，因此可以按需制造以满足固态LIB的广泛需求，例如可穿戴设备和车载电源等。

此外，研究小组表示，通过利用蓄电设备油墨化技术的经验，有望开发出具有高质量能量密度的正极油墨等，并通过改变电解质油墨的种类，有望应用于镁蓄电池等下一代电池或再下一代电池。

“类固态锂离子电池”的3D打印技术开发成功！