CN105932227B - 一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法 - Google Patents

一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105932227B
CN105932227B CN201610359466.XA CN201610359466A CN105932227B CN 105932227 B CN105932227 B CN 105932227B CN 201610359466 A CN201610359466 A CN 201610359466A CN 105932227 B CN105932227 B CN 105932227B
Authority
CN
China
Prior art keywords
added
mentioned
inkjet printing
ink
lithium ion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610359466.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105932227A (zh
Inventor
廖永红
杨铭
宋瑞
叶宝忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan Zhichao Electronic Technology Co ltd
Original Assignee
Foshan Zhichao Electronic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan Zhichao Electronic Technology Co ltd filed Critical Foshan Zhichao Electronic Technology Co ltd
Priority to CN201610359466.XA priority Critical patent/CN105932227B/zh
Publication of CN105932227A publication Critical patent/CN105932227A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105932227B publication Critical patent/CN105932227B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Ink Jet Recording Methods And Recording Media Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，本发明利用喷墨打印技术的打印高精度特点，简单方便地逐点控制膜层的图形和成份，使图形精度较高，边界清晰，分布均匀，无需镀膜和刻蚀等复杂工艺；能够在多种柔性基材上制备出图案复杂的薄膜；周期短，成本低，工艺简单。

Description

一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法
本发明主要涉及喷墨打印领域，尤其涉及一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法。背景技术
喷墨打印技术已被应用了很多年，作为平面印刷的主要方式之一，是日常办公不可或缺的一部分.喷墨打印技术能够直接将材料沉积在基板上，并且通过计算机辅助设计，可以方便地实现图案化的制作. 目前, 用喷墨打印法实现电子器件的制作也是很新颖的课题, 喷墨打印法在层层组装工艺方面有很好的应用前景，作为一种制造工艺，喷墨打印技术有以下优势: (1) 既可以应用于大型器件的制造也可以用于微型器件的制造; (2)它是一种计算机辅助的印刷工艺, 易于图案化.通过计算机辅助设计，能够绘制出各式各样复杂的图案并可直接喷印, 不需要丝网印刷中所需的“蒙片(mask)”，因此更加灵活和快捷; (3) 喷墨打印技术是增材制造工艺，所喷即所得, 和传统的减材制造工艺相比，避免了材料浪费和可能产生的污染，能够显著降低制造成本; (4) 喷墨打印技术是非接触式的制造工艺，基底选择较为灵活，平面、曲面、柔性的、刚性的基底都可以根据需要选取，喷墨打印技术已用来制作各类柔薄膜器件，包括金属导线、晶体管、平面显示器、电池等.喷墨打印制造技术的关键不在“机器”，而在“墨水”，为了追求高分辨率， 一般打印机的喷头都很小，只有几十微米到几微米, 质量不好的墨水很容易发生喷头堵塞的现象，所以喷墨打印制造工艺对墨水的要求极为苛刻，除了分散性和稳定性需要达到要求外，墨水的黏度和表面张力也必须处在喷头适宜喷印的范围之内；
目前制作薄膜的方法包括溅射、蒸镀、丝印、旋涂、刮涂、涂覆和喷墨打印等方法，其中溅射和蒸镀成本高，丝印厚度和精度不好可控制，旋涂不适于大规模生产，涂覆和喷墨打印可适用于低成本、连续、大面积的规模化工业生产中。与涂覆相比，喷墨打印的厚度和位置控制精确，具有微米级分辨率，可实现全数字图形输出，可通过计算机对加工过程灵活高精度控制。如果能够将喷墨打印技术应用在锂离子电池纳米电极薄膜制备过程中，更有利于锂离子电池大规模、连续、低成本工业化生产。但利用现有的喷墨打印工艺制备锂离子电池纳米电极薄膜时，打印的薄膜质量不好，制备的锂离子电池的效率很低，难以令人满意。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，包括以下步骤：
（1）喷墨墨水的配制：所述的喷墨墨水是由下述重量份的原料组成的：
Li4Ti5O12 100-110、AlCl3 4-6、Ga(NO3)3 1-2、粘度调节剂2-4、FC-4430 氟素表面活性剂1-1.2、聚偏四氟乙烯10-14、炭黑10-13、N-甲基吡咯烷酮20-35、聚碳酸酯10-14、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.06-0.1、硬脂酸2-3、松香醇4-6、无水乙醇100-120、乙氧基化烷基硫酸铵0.4-0.6；
所述的喷墨墨水的制备方法包括以下步骤：
a：将上述AlCl3加入到其重量25-30倍的去离子水中，搅拌均匀；
b：将上述Ga(NO3)3加入到其重量15-20倍的去离子水中，搅拌均匀；
c：将上述Li4Ti5O12加入到其重量20-25倍的去离子水中，加入乙氧基化烷基硫酸铵，搅拌均匀，与上述AlCl3、Ga(NO3)3的水溶液混合，加入粘度调节剂，磁力搅拌3-5分钟，加入硬脂酸，送入80-90℃的水浴中，保温搅拌30-40分钟，出料，加入上述无水乙醇，70-100转/分搅拌5-10分钟，抽滤，将得到的滤饼在120-130℃下干燥1-2小时，该改性纳米颗粒；
d：将上述松香醇加入到上述无水乙醇中，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺、FC-4430氟素表面活性剂，在50-60℃下保温搅拌4-7分钟，得改性分散液；
e：将上述改性纳米颗粒、聚偏四氟乙烯、炭黑混合，研磨均匀，加入改性分散液，混合研磨20-30分钟，送入球磨罐中，加入剩余各原料，加入玛瑙球后密封，1000-1200转/分球磨24-26小时，即得所述墨水；
（2）将上述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到预先处理好的基片上；
（3）将上述沉积到基片上的薄膜置于烘箱中干燥后，经热处理后形成锂离子电池纳米电极薄膜。
一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，所述的粘度调节剂为N- 甲基-2- 吡咯烷酮。
一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，所述的热处理温度为200-360℃，时间为10-70分钟。
本发明的优点是：
本发明采用Al、Ga共混掺杂改性Li4Ti5O12，可以改性纯样Li4Ti5O12的可逆比容量和循环稳定性，从而提高电极薄膜的品质；
本发明采用FC-4430 氟素表面活性剂，可以起到很好的分散稳定的效果，能够改善电极材料浆液的分散稳定性和可喷性，经该活性剂分散的墨水制备的电极薄膜不仅具有较高的首圈库仑效率而且具有良好的循环性能；
本发明利用喷墨打印技术的打印高精度特点，简单方便地逐点控制膜层的图形和成份，使图形精度较高，边界清晰，分布均匀，无需镀膜和刻蚀等复杂工艺；能够在多种柔性基材上制备出图案复杂的薄膜；周期短，成本低，工艺简单。
具体实施方式
实施例1
一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，包括以下步骤：
（1）喷墨墨水的配制：所述的喷墨墨水是由下述重量份的原料组成的：
Li4Ti5O12 110、AlCl3 6、Ga(NO3)3 1、粘度调节剂4、FC-4430 氟素表面活性剂1、聚偏四氟乙烯14、炭黑13、N-甲基吡咯烷酮35、聚碳酸酯14、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.06、硬脂酸2、松香醇6、无水乙醇120、乙氧基化烷基硫酸铵0.6；
所述的喷墨墨水的制备方法包括以下步骤：
a：将上述AlCl3加入到其重量30倍的去离子水中，搅拌均匀；
b：将上述Ga(NO3)3加入到其重量20倍的去离子水中，搅拌均匀；
c：将上述Li4Ti5O12加入到其重量25倍的去离子水中，加入乙氧基化烷基硫酸铵，搅拌均匀，与上述AlCl3、Ga(NO3)3的水溶液混合，加入粘度调节剂，磁力搅拌3分钟，加入硬脂酸，送入90℃的水浴中，保温搅拌40分钟，出料，加入上述无水乙醇，100转/分搅拌10分钟，抽滤，将得到的滤饼在130℃下干燥1小时，该改性纳米颗粒；
d：将上述松香醇加入到上述无水乙醇中，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺、FC-4430氟素表面活性剂，在60℃下保温搅拌4分钟，得改性分散液；
e：将上述改性纳米颗粒、聚偏四氟乙烯、炭黑混合，研磨均匀，加入改性分散液，混合研磨20分钟，送入球磨罐中，加入剩余各原料，加入玛瑙球后密封，1000转/分球磨24小时，即得所述墨水；
（2）将上述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到预先处理好的基片上；
（3）将上述沉积到基片上的薄膜置于烘箱中干燥后，经热处理后形成锂离子电池纳米电极薄膜。
一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，所述的粘度调节剂为N- 甲基-2- 吡咯烷酮。
一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，所述的热处理温度为300℃，时间为50分钟。

Claims (3)

1.一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）喷墨墨水的配制：所述的喷墨墨水是由下述重量份的原料组成的：
Li4Ti5O12 100-110、AlCl3 4-6、Ga(NO3)3 1-2、粘度调节剂2-4、FC-4430 氟素表面活性剂1-1.2、聚偏四氟乙烯10-14、炭黑10-13、N-甲基吡咯烷酮20-35、聚碳酸酯10-14、N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.06-0.1、硬脂酸2-3、松香醇4-6、无水乙醇100-120、乙氧基化烷基硫酸铵0.4-0.6；
所述的喷墨墨水的制备方法包括以下步骤：
a：将上述AlCl3加入到其重量25-30倍的去离子水中，搅拌均匀；
b：将上述Ga(NO3)3加入到其重量15-20倍的去离子水中，搅拌均匀；
c：将上述Li4Ti5O12加入到其重量20-25倍的去离子水中，加入乙氧基化烷基硫酸铵，搅拌均匀，与上述AlCl3、Ga(NO3)3的水溶液混合，加入粘度调节剂，磁力搅拌3-5分钟，加入硬脂酸，送入80-90℃的水浴中，保温搅拌30-40分钟，出料，加入上述无水乙醇，70-100转/分搅拌5-10分钟，抽滤，将得到的滤饼在120-130℃下干燥1-2小时，得改性纳米颗粒；
d：将上述松香醇加入到上述无水乙醇中，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺、FC-4430 氟素表面活性剂，在50-60℃下保温搅拌4-7分钟，得改性分散液；
e：将上述改性纳米颗粒、聚偏四氟乙烯、炭黑混合，研磨均匀，加入改性分散液，混合研磨20-30分钟，送入球磨罐中，加入剩余各原料，加入玛瑙球后密封，1000-1200转/分球磨24-26小时，即得所述墨水；
（2）将上述墨水注入到墨盒中，采用常规喷墨打印技术按预定图形沉积到预先处理好的基片上；
（3）将上述沉积到基片上的薄膜置于烘箱中干燥后，经热处理后形成锂离子电池纳米电极薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，其特征在于：所述的粘度调节剂为N- 甲基-2- 吡咯烷酮。
3.根据权利要求1所述的一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法，其特征在于：所述的热处理温度为200-360℃，时间为10-70分钟。
CN201610359466.XA 2016-05-27 2016-05-27 一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法 Expired - Fee Related CN105932227B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610359466.XA CN105932227B (zh) 2016-05-27 2016-05-27 一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610359466.XA CN105932227B (zh) 2016-05-27 2016-05-27 一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105932227A CN105932227A (zh) 2016-09-07
CN105932227B true CN105932227B (zh) 2018-08-17

Family

ID=56842177

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610359466.XA Expired - Fee Related CN105932227B (zh) 2016-05-27 2016-05-27 一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105932227B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107978730A (zh) * 2017-11-27 2018-05-01 西安工程大学 一种电极打印材料气雾剂及制备方法
CN108145165B (zh) * 2017-12-13 2019-11-08 天齐锂业股份有限公司 3d打印制备金属锂带的方法
WO2019176965A1 (en) * 2018-03-14 2019-09-19 Ricoh Company, Ltd. Composite for forming electrode, method of manufacturing electrode, and method of manufacturing nonaqueous electric storage element

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1437278A (zh) * 2003-03-13 2003-08-20 复旦大学 超薄电极、隔膜和超薄一次电池和超薄二次可循环充放电池及该电极、隔膜、电池的制备方法
CN104409774A (zh) * 2014-05-31 2015-03-11 福州大学 一种锂电池的3d打印方法
CN105295550A (zh) * 2014-06-27 2016-02-03 中国科学院沈阳自动化研究所 喷墨打印用钛酸锂纳米油墨及其制备方法和应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110052233A (ko) * 2009-11-12 2011-05-18 삼성전자주식회사 잉크젯 인쇄용 전극 조성물, 이를 사용하여 제조된 전극 및 이차 전지
EP3069396A2 (en) * 2013-11-13 2016-09-21 R. R. Donnelley & Sons Company Battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1437278A (zh) * 2003-03-13 2003-08-20 复旦大学 超薄电极、隔膜和超薄一次电池和超薄二次可循环充放电池及该电极、隔膜、电池的制备方法
CN104409774A (zh) * 2014-05-31 2015-03-11 福州大学 一种锂电池的3d打印方法
CN105295550A (zh) * 2014-06-27 2016-02-03 中国科学院沈阳自动化研究所 喷墨打印用钛酸锂纳米油墨及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN105932227A (zh) 2016-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105932227B (zh) 一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法
EP2880105B1 (en) Ink composition and circuit board and method for producing the same
CN105513676B (zh) 一种喷墨打印制备石墨烯导电薄膜的方法
CN107674505A (zh) 一种石墨烯导电油墨及其制备方法
US20110135823A1 (en) Metal organic precursor, a method of preparing the same, and a method of forming a conductive metal film or pattern
CN109754904A (zh) 一种激光刻蚀用导电浆料及其制备方法
CN109080281B (zh) 基于浸润性基底精细喷墨打印制备柔性透明导电膜的方法
CN107118620B (zh) 一种导电银墨水的制备方法
CN105085937A (zh) 富勒烯/pedot:pss混合溶液的制备方法及具有富勒烯/pedot:pss复合透明导电膜的基板的制备方法
CN104403343B (zh) 一种用于碳纳米管膜层或者石墨烯膜层3d打印的溶液制备方法
CN105487296B (zh) 取向膜材料及其制备方法、取向膜、显示基板制备方法
CN108153108A (zh) 一种大尺寸无拼接微纳模具制造方法
CN107955200B (zh) 一种石墨烯/有机物复合微粒及其制备方法
CN106433317A (zh) 一种水性喷墨纳米银导电墨水及其制备方法
CN102816462A (zh) 一种表面包覆着有机保护剂的纳米银颗粒的制备方法
CN107189550A (zh) 喷墨打印用二氧化钒水性油墨及其制备方法和应用
CN105885540A (zh) 一种触屏导电层用纳米银墨水的制备方法
CN107093607B (zh) 阵列基板、显示基板的制作方法、显示基板及显示面板
CN114158148A (zh) 一种3d打印透明电加热电极的制备方法和应用
US20100323122A1 (en) Method for making fine patterns using mask template
CN110194927A (zh) 一种全水性透明导电涂布液、该涂布液制成的柔性透明导电薄膜及其制备方法和应用
CN109651882A (zh) 一种喷墨打印用空穴注入层墨水及其在有机发光显示中的应用
CN108084794A (zh) 超支化聚合物稳定的纳米银喷印导电墨水的制备方法及应用
CN114656682A (zh) 一种超疏水化聚乳酸多孔材料的制备方法
CN103205782A (zh) 一种镍铁合金蒸镀掩模板的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180817