[发明专利]3D打印一次成型水系锌离子电池及其实现方法

说明书

一种3D打印一次成型水系锌离子电池及其实现方法，分别以水凝胶为电极和电解质的基体材料、以光敏树脂为电池外壳的基体材料，通过3D打印机以挤出方式打印出具有电化学性能的水系锌离子电池。本发明工艺简单，成本较低，实用性强，可以解决传统电池装配过程环境要求严格、工艺成本高、程序复杂等缺点。具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及的是一种锌锂离子电池领域的技术，具体是一种3D打印一次成型水系锌离子电池及其实现方法。

背景技术

传统锂离子电池需要经过裁片、涂布、烘干、注液、封装等程序准备得到，其工艺复杂、周期长、成本高。现在市场上的锂离子电池根据形状可以分为圆柱形、扣式和方形，不同形状的锂离子电池需要不同的模具、机器，造成大量的资源和空间的浪费。而且由于所用的有机电解液易挥发、易燃、遇水和氧气会反应，传统锂离子电池在装配时要严格控制环境中氧气和水的含量，装配完成仍然存在着安全问题。

水系锌离子电池由于用水作溶剂，具有安全、容量高、环境友好的特点，并且可以在空气中进行装配。但是，依靠传统制备电池的装配方式，同样根据电池型号及大小的需要配置相应的设备和空间，造成资源和空间的浪费。此外，传统的电池制作工艺周期长，过程控制复杂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种3D打印一次成型水系锌离子电池及其实现方法，工艺简单，成本较低，实用性强，可以解决传统电池装配过程环境要求严格、工艺成本高、程序复杂等缺点。具有广泛的应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种3D打印一次成型水系锌离子电池的实现方法，分别以水凝胶为电极和电解质的基体材料、以光敏树脂为电池外壳的基体材料，通过3D打印机以挤出方式打印出具有电化学性能的水系锌离子电池。

所述的水凝胶采用但不限于纳米纤维素或透明质酸中的任一与氧化石墨烯的混合物。

所述的电极包括正电极和负电极，其中：正电极中的活性物质采用但不限于二氧化锰或者五氧化二矾；负电极中的活性物质为锌粉。

所述的电解质采用但不限于聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯腈或其组合。

所述的电池外壳为纳米氧化铝或纳米二氧化硅中的任一与光敏树脂的混合物。

所述的光敏树脂采用但不限于丙烯酸酯类、乙烯基类、乙烯基醚类或环氧类中的任意一种。

所述的3D打印机采用但不限于空心长方体、空心圆柱或者其它个性化设计的电池结构的电池模型。

所述的水系锌离子电池主要测试其稳定性、倍率性能等。

本发明涉及上述方法制备得到的水系锌离子电池，为空心圆柱结构，其外壳内包括电解质层以及分别设置于电解质上下的正电极层和负电极层，该电池内径5 mm，外径10mm，其中正极厚0.5 mm，负极厚0.5 mm，电解质厚1.0 mm，上下电池外壳厚0.5 mm。

技术效果

与现有技术相比，本发明以水凝胶为基体制备了电极材料和电解质材料，以光敏树脂为基体制备了电池外壳材料，最后利用3D打印技术一次性打印出具有电化学性能的锌离子电池。相较于传统的电池装配工艺，本方法工艺简单，制备工艺时间短，成本较低，实用性强，特别是一些小型异型个性化电池的设计和生产，只要通过更改模型的参数，就可以打印出新型号的电池，具有广泛的应用前景。本方法装配的电池具有一定的电化学性能。

附图说明

图1为3D打印一次成型的水系锌离子电池；

图2为3D打印一次成型的水系锌离子电池的剖面图；

图中：正电极1、负电极2、电解质3、电池外壳4、外壳外壁5；