360 工程科学学报，第42卷，第3期 剂，将混合物搅拌均匀，得到所需的打印墨水.其 印运行后，挤压筒中墨水在压力作用下挤压成型 次，将打印墨水装入3D打印机的挤压筒中，通过 在预先设计好的正极集流体上，打印结束后，在干 3D打印机编码器完成打印路径图案及相关打印 燥箱中温度为200℃干燥2h,最终得到所需正极 工艺参数的设置，检查气压系统连接是否正常，打 电极.工艺流程如图1所示 Absolute ethanol LNCM523 Deionized water Ethylene glycol Other additives Ball milling, centrifugation Stir and shake evenly Fine LNCM523 powder Evaporatior LNCM523 powder Dispersants,thickeners Water-soluble carrier Stir well Positive printing inks Print according to the set route Positive printing electrode Sintering,cooling Positive LNCM523 electrode 图1 三元镍钴锰酸锂正极制备流程图 Fig.1 Flow chart of the preparation of the temary lithium nickel-cobalt-manganese oxide material positive electrode 2结果与讨论 型效果差，由于墨水黏度过小，针头出墨过多，导 致打印电极整体会出现墨水塌陷现象.图（©）墨水 2.1增稠剂种类对打印墨水的流变性影响 打印成型效果明显好转，未出现塌陷现象，但仍存 增稠剂作为一种流变助剂，有助于调节墨水 在断线或无法打印出来的现象.图(d)墨水打印效 的流变特性，确保打印墨水在打印过程中不飞溅、 果最佳，可按预定路径顺利完成打印，其打印过程 不流挂、不断线，具备良好的可打印性能.为探究 中并未出现断线或塌陷现象，但打印电极表面仍 不同增稠剂对正极墨水的性能影响，本文选用聚 然出现粗细不均匀现象.综合考虑到打印电极的 丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素和羟丙基 整体效果，尝试选取质量比为1：1的羟乙基纤维素/ 纤维素作为4种增稠剂制备正极墨水，具体参数 羟丙基纤维素混合使用作为增稠剂，打印效果如 如表1所示.通过打印效果直观的对比不同增稠 图3所示.该组墨水的打印图案可按预设路径打 剂对电极成形效果的影响，并通过黏度和模量测 印完成，中间未出现断线及塌陷现象，整体观察该 试，选取最佳增稠剂 电极粗细均匀，成型最佳，有助于后期墨水的打印 图2是聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羟丙基纤维 和固化成型 素和羟乙基纤维素4种增稠剂所制备的正极墨水 图4为选取聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羟乙基/ 打印后的电极图.由图2看出，图(a)和(b)所打印 羟丙基纤维素（混合质量比为1：1）3种不同增稠 的电极效果明显不好，成型图案粗大且不均匀，成 剂所制备的墨水样品的表观黏度一剪切速率曲线 表1不同增稠剂的具体参数 Table 1 Specific parameters of different thickeners Thickener type Appearance Molecular weight Decomposition temperature/C Density/(g'mL-) Hydroxyethyl cellulose White to light yellow fibrous or powdery solid 144673 288-290 0.75 Hydroxypropyl cellulose White or light yellow solid powder 100000 0.5 Polyacrylamide White powder >5 million >300 1.189 Sodium polyacrylate White powder 8-10 million 1.32剂，将混合物搅拌均匀，得到所需的打印墨水. 其 次，将打印墨水装入 3D 打印机的挤压筒中，通过 3D 打印机编码器完成打印路径图案及相关打印 工艺参数的设置，检查气压系统连接是否正常. 打 印运行后，挤压筒中墨水在压力作用下挤压成型 在预先设计好的正极集流体上，打印结束后，在干 燥箱中温度为 200 ℃ 干燥 2 h，最终得到所需正极 电极. 工艺流程如图 1 所示. 2    结果与讨论 2.1    增稠剂种类对打印墨水的流变性影响 增稠剂作为一种流变助剂，有助于调节墨水 的流变特性，确保打印墨水在打印过程中不飞溅、 不流挂、不断线，具备良好的可打印性能. 为探究 不同增稠剂对正极墨水的性能影响，本文选用聚 丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素和羟丙基 纤维素作为 4 种增稠剂制备正极墨水，具体参数 如表 1 所示. 通过打印效果直观的对比不同增稠 剂对电极成形效果的影响，并通过黏度和模量测 试，选取最佳增稠剂. 图 2 是聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羟丙基纤维 素和羟乙基纤维素 4 种增稠剂所制备的正极墨水 打印后的电极图. 由图 2 看出，图（a）和（b）所打印 的电极效果明显不好，成型图案粗大且不均匀，成 型效果差，由于墨水黏度过小，针头出墨过多，导 致打印电极整体会出现墨水塌陷现象. 图（c）墨水 打印成型效果明显好转，未出现塌陷现象，但仍存 在断线或无法打印出来的现象. 图（d）墨水打印效 果最佳，可按预定路径顺利完成打印，其打印过程 中并未出现断线或塌陷现象，但打印电极表面仍 然出现粗细不均匀现象. 综合考虑到打印电极的 整体效果，尝试选取质量比为 1∶1 的羟乙基纤维素/ 羟丙基纤维素混合使用作为增稠剂，打印效果如 图 3 所示. 该组墨水的打印图案可按预设路径打 印完成，中间未出现断线及塌陷现象，整体观察该 电极粗细均匀，成型最佳，有助于后期墨水的打印 和固化成型. 图 4 为选取聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羟乙基/ 羟丙基纤维素（混合质量比为 1∶1）3 种不同增稠 剂所制备的墨水样品的表观黏度－剪切速率曲线 Absolute ethanol Fine LNCM523 powder LNCM523 powder Deionized water Ethylene glycol Dispersants, thickeners Water-soluble carrier Positive printing inks Positive printing electrode Positive LNCM523 electrode LNCM523 Other additives Ball milling, centrifugation Print according to the set route Evaporatior Stir well Sintering, cooling Stir and shake evenly 图 1    三元镍钴锰酸锂正极制备流程图 Fig.1    Flow chart of the preparation of the ternary lithium nickel–cobalt–manganese oxide material positive electrode 表 1 不同增稠剂的具体参数 Table 1 Specific parameters of different thickeners Thickener type Appearance Molecular weight Decomposition temperature /℃ Density/（g·mL−1） Hydroxyethyl cellulose White to light yellow fibrous or powdery solid 144673 288−290 0.75 Hydroxypropyl cellulose White or light yellow solid powder 100000 — 0.5 Polyacrylamide White powder >5 million >300 1.189 Sodium polyacrylate White powder 8−10 million — 1.32 · 360 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期