[发明专利]一种3D打印固态电池的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种3D打印固态电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

制备3D打印墨水；

将所述3D打印墨水分别独立地打印在正极极片和负极极片的表面得到固态电解质层，对所述固态电解质层进行第一固化至粘稠态，得到粘稠态正极极片和粘稠态负极极片；

将所述粘稠态正极极片和所述粘稠态负极极片组装为电芯，对所述电芯进行第二固化，组装得到3D打印固态电池。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照质量分数计所述3D打印墨水的原料包括1～10％无机填料、50～80％电解液、1～40％聚合物单体、0.5～1％增稠剂和0.05～0.1％引发剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述无机填料包括SiO₂、Al₂O₃、蒙脱石、LLZO、LATP、LAGP或LLTO中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述电解液包括溶剂、锂盐和添加剂；

优选地，所述溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述锂盐包括LiPF₆、LiTFSI、LiFSI、LiBF₄中的任意一种或两种的组合；

优选地，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、亚硫酸丙烯酯或硫酸亚乙酯中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述聚合物单体包括MMA、PETA、PETEA、EGPEA、EGDMA、丙烯腈、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、环氧乙烷或1,3-二氧环戊烷中的任意一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求2-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述增稠剂包括PMMA和/或聚氧化乙烯；

优选地，所述引发剂包括1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、安息香双甲醚、二甲苯酮、2-异丙基硫杂蒽酮或2，4，6-(三甲基苯甲酰基)-二苯基氧化膦中的任意一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述正极极片表面的固态电解质层的厚度为5～20μm；

优选地，所述负极极片表面的固态电解质层的厚度为5～20μm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一固化为紫外光固化；

优选地，所述第一固化的紫外光波长为10～400nm；

优选地，所述第一固化的时间为5～30min；

优选地，所述第一固化的温度为45～80℃。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二固化为热固化；

优选地，所述第二固化的时间为3～6h；

优选地，所述第二固化的温度为40～60℃。

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

制备3D打印墨水；

将所述3D打印墨水分别独立地打印在正极极片和负极极片的表面得到固态电解质层，厚度分别独立地为5～20μm，对所述固态电解质层表面用波长为10～400nm紫外光固化5～30min至粘稠态，得到粘稠态正极极片和粘稠态负极极片；

将所述粘稠态正极极片和所述粘稠态负极极片组装为电芯，对所述电芯进行40～60℃热固化3～6h后，将电芯装入电池壳得到3D打印固态电池。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的3D打印固态电池的制备方法的应用，其特征在于，所述制备方法应用于锂离子电池领域。