一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
一种喷墨打印制备锂离子电池纳米电极薄膜的方法
[0001 ]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:(I)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】
[0002]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。
[0003]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:
(I)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:
Li4Ti5Oi2 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、^甲基吡咯烷酮20-35、聚碳酸酯10-14、叱^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AlCUGa(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°C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 °C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 °C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。
[0004]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。
[0005]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°C，时间为10-70分钟。
[0006]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，从而提尚电极薄I吴的品质；
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】
[0007]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:
(I)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:
Li4Ti5Oi2 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(N03)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°C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1分钟，抽滤，将得到的滤饼在130 °C下干燥I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 0C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。
[0008]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。
[0009]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°C，时间为50分钟。
【主权项】
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: Li4Ti5Oi2 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、^甲基吡咯烷酮20-35、聚碳酸酯10-14、叱^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AlCUGa(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°C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 °C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 °C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°C，时间为10-70分钟。
【文档编号】H01M4/1391GK105932227SQ201610359466
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】廖永红, 杨铭, 宋瑞, 叶宝忠
【申请人】佛山市智巢电子科技有限公司