3D打印与冰模板技术结合：锂电池高质量负载电极设计新方向

第一作者：李萌瑞，周仕强

通讯作者：陈丽娜，于素竹，魏军

单位：哈尔滨工业大学（深圳）

电动汽车和消费电子产品的快速发展对高能量密度和快速充电电池的需求愈发迫切。商用锂离子电池虽不断突破其能量密度，但传统的二维厚电极存在离子传输路径复杂、扩散效率降低等问题，且厚电极的制造易引发断裂、剥离和电解液不完全渗透等挑战。三维电极设计因其在改善离子传输和电极稳定性方面的优势，成为平衡能量密度与功率密度的有效方案。3D打印技术，尤其是直接墨水书写技术（DIW），为制备高性能的三维电极提供了重要手段，但墨水制备及三维电极设计的优化仍是关键难题。

近日，来自哈尔滨工业大学（深圳）的魏军教授，在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Vertical-channel Hierarchically Porous 3D Printed Electrodes with Ultrahigh Mass Loading and Areal Energy Density for Li-ion Batteries”的研究性论文。采用了3D打印技术快速构建具有超高质量负载的三维厚电极，并结合冰模板工艺，成功制备了具有分层多孔结构的高质量负载电极（73.83 mg/cm²），大幅提升了面积容量。其低曲折性和良好的机械韧性促进了离子和电荷的快速传输，使得能量密度显著提高而不牺牲功率密度。装配的全电池在0.2 C下表现出10.34 mAh/cm²的出色面积容量和18.41 mWh/cm²的高能量密度，超越了其他3D打印锂离子电池。此外，该方法在电极结构设计上取得了重要突破，为实现更高的面积容量和能量密度开辟了新途径，展示了3D打印电池在实际应用中的巨大潜力，同时也凸显了3D打印技术的可扩展性和设计多样性。

对于基于 DIW 的 3D 打印技术而言，油墨的可打印性（包括挤出、线条形成、形状保持和几何精度）在很大程度上取决于其流变性。因此，我们全面研究了 3D 打印墨水的流变性，包括稳态黏度、剪切应力、触变性和粘弹性。

3D 打印垂直通道结构电极大大缓解了极化现象，同时通过缩短锂离子的传输距离，提高了离子迁移率，显著提升了比容量和倍率性能。

利用结构工程技术减轻材料应力是实现可拉伸电极的有效策略。这种负泊松比结构的引入为快速制备大尺寸可拉伸电极提供了新思路，促进了3D打印在电子系统制造中的发展。

Vertical-channel Hierarchically Porous 3D Printed Electrodes with Ultrahigh Mass Loading and Areal Energy Density for Li-ion Batteries

魏军教授简介：现任哈尔滨工业大学（深圳）校长助理、亚太科学院副秘书长、深圳市“柔性印刷电子技术”重点实验室主任、柔性印刷电子技术中心主任、材料科学与工程学院教授。在加盟哈尔滨工业大学（深圳）之前，魏军教授是新加坡科技研究局(A*STAR)首席科学家。先后担任新加坡科技研究局“工业增材制造”主题战略研究计划主任和项目负责人、新加坡制造技术研究院-南洋理工大学“增材制造”联合实验室主任、新加坡制造技术研究院-新加坡国立大学“大面积柔性复合电子联合实验室”主任、新加坡制造技术研究院柔性印刷电子研究室和连接技术研究室主任等职务，在新加坡制造技术研究院负责科研和国际合作。从事先进材料和制造技术基础理论和工业应用研究三十多年，曾主持160多项研究课题以及和企业合作的项目，多项研究成果已被多家跨国公司实现产业化应用。目前主要从事柔性印刷电子和增材制造（3D打印）研究工作，在国际期刊和会议上发表论文800余篇，其中SCI收录570余篇，论文被引3.4万余次，谷歌学术H指数92，受邀参编5部英文专著，拥有发明专利80余项。

根据发展需要，现招聘有志于从事柔性印刷电子技术研发的优秀助理研究员(相当于助理教授)和博士后若干名，开展学科交叉领域研究。

一、岗位职责

1. 岗位名称：

   助理研究员和博士后

2. 从事柔性印刷电子相关的研究工作

3. 工作性质：

   全职

4. 工作地点：

   深圳市西丽大学城哈工大校区

二、应聘条件

1. 个人简历（包括但不限于教育背景、工作经历、代表性研究成果）；

2. 研究工作概况，发表论文论著清单、获得的奖励情况等；

3. 其他相关证明材料。

1. 助理研究员：

   初级助理研究员年薪约35万+绩效奖励，岗位越高薪资越高；

2. 博士后：

   年薪约30万+绩效奖励，获评校级优秀博士后可获奖励12万元；

1. 学校缴纳五险一金；

2. 住房：

   可租住深圳市人才公寓，或享受深圳市政府租房补贴；

3. 博士后出站留深工作可享受深圳市政府30万元（免税）科研资助；

4. 所开发技术成功进行成果转化后，享受技术分红（1-5%）及对应期权。