ウェアラブルファイバーリチウムイオン電池向け3Dプリント技術

ウェアラブルファイバーリチウムイオン電池向け3Dプリント技術
寄稿者: 王新天暁勇

ハルビン工業大学化学工学部は、3Dプリント技術を使用して繊維リチウムイオン電池を開発した。このリチウムイオン電池は柔軟性に富み、衣服の繊維に織り込んでウェアラブル電子機器に使用できる。


図 1 (a) 繊維リチウムイオン電池構造の概略図、(b) ウェアラブルリチウムイオン電池 この研究では、正極活物質と負極活物質としてリン酸鉄リチウム (LFP) 粒子とチタン酸リチウム (LTO) 粒子を使用し、導電材、バインダー、溶媒としてそれぞれカーボンナノチューブ (CNT)、ポリフッ化ビニリデン (PVDF)、N-メチルピロリドン (NMP) を使用して、印刷可能な正極と負極の「インク」を調製しました。印刷プロセス中、プリントヘッドをエタノール溶液に浸し、印刷された繊維電極が急速に固まるようにしました。印刷された繊維を1分間固めた後、取り出して乾燥させ、目的の電極を得ました。正極と負極をポリマーで包み、撚り線状に巻き、熱収縮チューブに入れ、電解液を加えてパッケージ化することで、ファイバー型リチウムイオン電池が完成します。


図2 ファイバーリチウムイオン電池の製造プロセスと微細構造 図3 電極材料の電気化学特性 研究によると、押し出し3Dプリント技術がファイバー正極と負極の製造に応用されたのは今回が初めてで、優れた機械的特性、柔軟性、電気化学特性を示しています。初期の充電と放電の比容量はそれぞれ141.3と110mAh/gで、30サイクル後も初期値の81%を維持できます。つまり、この技術は、スマートで柔軟性があり、ウェアラブルな電子デバイス向けに、高速、低コスト、スケーラブルなバッテリー製造方法を提供します。


図4 ファイバーリチウムイオン電池の電気化学的性能と応用 参考文献:
YB Wang、CJ Chen、H. Xie、TT Gao、YG Yao、G. Pastel、XG Han、YJ Li、JP Zhao、K. Fu、LB Hu、「ウェアラブルエネルギーストレージに向けた3Dプリント全ファイバーリチウムイオン電池」、Adv Funct Mater 27(43) (2017)。

寄稿者: 王新天暁勇 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

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