近日，东南大学机械工程学院、江苏省微纳生物医疗与器械设计与制造重点实验室陈云飞教授、吕之阳副教授团队围绕“3D打印电池的设计与制造”主题，做了一项详实的综述与展望研究，在能源领域国际顶级期刊Joule《焦耳》上发表了题为“Design and Manufacture of 3D-Printed Batteries”的综述文章。
随着微电子技术的快速发展，涌现出各类微型电子设备，如仿飞行昆虫机器人、可穿戴设备、无人机等。这些新型应用载体对动力源电池提出了微型化、智能化、个性化、高度集成化等更高要求。然而，传统锂离子电池的电极涂布制造工艺很难满足这些特殊要求，限制了微型电子设备的设计自由度。3D打印（又称增材制造）是一种以数字模型文件为基础，通过逐层堆叠累积原材料以构筑三维物体的前沿制造技术，具有任意成型、快速成形、高生产效益等优点，引领新的制造业革命。近几年，研究者将3D打印技术与电池制造相结合，制造出任意形状的高比能微型电池，可以为既定产品提供智能设计，最大程度上优化产品设计，满足特殊领域里的特殊需求。该团队基于前期增材制造新能源器件的研究基础（Adv. Funct. Mater. 29, 2019, 1806658；Energy Storage Mater. 24, 2020, 336; J. Mater. Chem. A 8, 2020, 9058; Nano Energy 79, 2021, 105436），针对3D打印电池设计和制造两个方面进行深入讨论，为相关领域的研究者、甚至对该领域感兴趣的一般公众，提供了一个快速了解该技术进展及未来发展趋势的参考。文章首先比较了3D打印电池与传统电池、三维微电池在制造过程和性能上面的优势，介绍了目前常用的四种3D打印电池技术的工作原理及其优缺点；其次从发展历程的视角详细介绍了目前的3D打印电池材料状况，建立了打印电池材料与打印技术的联系，并重点讨论了3D打印设计在电池组件结构、电池构型和电池性能上的重要作用；最后从打印材料、打印技术、打印设计和打印电池器件四个方面阐述了目前存在的挑战和进一步的研究展望。随着3D打印技术的不断进步和微型动力源的广泛应用需求，必将极大地推动增材制造新能源器件领域的快速发展，相信3D打印电池将在未来个性化微型器件中起到重要作用。该论文的第一作者为吕之阳副教授，通讯作者为陈云飞教授和吕之阳副教授，通讯单位为东南大学机械工程学院。该工作得到了国家重点研发计划、江苏省自然科学基金青年基金、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助和江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室的支持。全文链接：https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30518-3