什么是“病毒综述”，什么样的综述能打动Joule编辑部？- 大数跨境

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什么是“病毒综述”，什么样的综述能打动Joule编辑部？

科学材料站

2020-12-11

导读：由于疫情的影响，今年综述量大大超过往年。但被秒拒的综述，实在是太多综述了！可能连Nature都看不下去，近日

由于疫情的影响，今年综述量大大超过往年。但被秒拒的综述，实在是太多综述了！可能连Nature都看不下去，近日出了一篇文章：Nature：如何写出一个完美综述。

为什么会这样？

由于做不了实验，一些作者天天待家里读文献，为了发文章而写综述，但其中一些真的是粗制滥造。期刊编辑每次看到那些直接从文章里截出来随便一排列的丑图，就立刻失去了阅读兴趣，或者看到直接从某个文献的结论里抄下来的，拼凑起来的无聊的描述，也会觉得肤浅。这样的综述，就被编辑部戏称为“新冠综述”或“病毒综述”。

我们有必要知道，好的综述是什么样的。下面这篇综述的第一作者是位年轻科学家，它为什么会打动Joule编辑部？其实，仅仅是文章的配图，就足以作为我们的榜样了。

这也可以很明显的看出来，Joule不会只发大牛的综述，只要文章质量高，年轻作者照样可以发Joule。

研究背景

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【1,2】。

内容简介

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、吕之阳副教授团队基于前期增材制造新能源器件的研究基础【3~7】，围绕“3D打印电池的设计与制造”主题，总结了一项详实的综述与展望研究，在Joule上发表了题为“Design and Manufacture of 3D-Printed Batteries”的综述文章【8】。

该文全面讲述了不同3D打印电池技术的工作原理、优势与劣势、技术挑战及可能的解决方案，并针对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。

图文解析

图1. 传统电池、三维微电池和3D打印电池的制造过程及性能特点比较

图1要点：

相比于传统电池的制造过程，3D打印电池制造在尺寸和结构的设计上更加灵活；而相比于三维微电池制造过程，3D打印电池所需要制造设备成本更低，电池结构设计也更灵活。
在电池性能上，3D打印电池具体更高的面积能量密度和功率密度。

图2. 3D打印电池技术的原理示意图和技术特点

图2要点：

介绍了四种常用的3D打印电池技术的工作原理，特别是结合电池活性材料的要求，即高导电性和离子电导率。
从打印材料种类、浆料要求、打印精度、设计自由度、产量、打印尺寸、多材料打印能力和成本等8个方面详细地阐述了四种3D打印技术特点。
相比较而言，浆料直写成型技术（DIW）具有更广泛的打印材料种类、精度更细、设计自由度大、产量高、打印体尺寸大、多材料同时打印和成本低廉等技术优点。

图3. 3D打印电池材料总结

图3要点：

目前打印电池组件主要包括正极、负极和电解液，也有少量的集流体、隔膜、封装等打印材料。打印电池类别包括目前商业化的锂离子电池，以及下一代新型电池，如钠离子电池、锂硫电池、锂空气电池和锌离子电池等。
以发展时间轴总结了目前打印电池材料的种类和所采用的打印技术种类，其中磷酸铁锂是最常见的打印正极材料，浆料直写打印技术（DIW）是最常用的打印技术，并建立了打印电池材料和打印技术的直接联系。
概况总结了四种打印技术在以电池活性材料配置打印浆料/进料的制备过程。

图4. 3D打印在电池构筑上的设计

图4要点：

概述了电池组件的构筑策略，直接打印和后处理方式（包括转化、修饰、填充等）。由于电池活性材料的特殊要求，后处理的方式是最常用的。
总结了目前常见的打印电极结构类别，包括薄膜、三维多孔骨架、表面花纹和线状，以及所采用的3D打印技术种类。
总结了目前常用的打印电池构型类别，包括三明治、平面内、同心管和线状等类型，以及这些类型电池的特点。

图5. 3D打印技术对电池性能上的影响

图5要点：

3D打印电池最大的优势在于其尺寸和结构的定制特性，从微电池到任意构型的定制化电池。
3D打印能够增加电极厚度和减小离子的传输路径，从而提高电池的面积能量密度和功率密度。

图6. 以电池中具体问题为导向的3D打印设计案例

图6要点：

3D打印电池不仅具备图5所述的优点，通过对打印材料和结构上的设计，还能够解决电池领域中的科学和技术上的具体问题。因此在未来3D打印能源器件的相关研究中，不仅仅开发可打印的能源材料，更应该体现3D打印设计的独特性。

图7. 3D打印电池的挑战和展望

图7要点：

该文从打印材料、打印技术、打印设计和打印电池器件四个方面阐述了目前的挑战和未来的研究方向。在打印材料方面，构建打印材料的物理化学特性与打印浆料/进料要求的联系、开发新的功能性打印材料、提高打印材料的机械强度；在打印技术方面，寻找低成本高精度的打印技术、避免或简化打印后处理过程、结合新兴的4D打印技术；在打印设计方面，拓展电池组件结构和电池构型、更多地考虑问题导向的打印设计；在打印电池器件方面，开发全打印电池、器件一体化设计、探索大规模生产和定制化应用。

全文小结

1. 比较分析了3D打印电池与传统电池、三维微电池在制造过程和性能方面的优势；

2. 概述了四种常见3D打印电池技术的特点，建立了打印电池材料和打印技术之间的联系，并针对不同打印技术提出了如何打印电池组件的基本策略；

3, 总计了3D打印电池在组件结构和器件构型上的设计，并强度了3D打印设计对解决电池领域中的科学和技术上具体问题的重要性。

4. 从打印材料、打印技术、打印设计和打印电池器件四个方面指出了3D打印电池目前的挑战和未来发展方向。

文献链接

【1】Sun, K., Wei, T.S., Ahn, B.Y., Seo, J.Y., Dillon, S.J. & Lewis, J.A. 3D printing of interdigitated Li-ion microbattery architectures. Adv. Mater. 25, 4539-4543 (2013).

【2】Browne, M.P., Redondo, E. & Pumera, M. 3D printing for electrochemical energy applications. Chem. Rev. 120, 2783–2810 (2020).

【3】Lyu, Z., Lim, G.J.H., Guo, R., Kou, Z., Wang, T., Guan, C., Ding, J., Chen, W. & Wang, J. 3D-printed MOF-derived hierarchically porous frameworks for practical high-Energy density Li-O2 batteries. Adv. Funct. Mater. 29, 1806658 (2019).

【4】Lyu, Z., Lim, G.J.H., Guo, R., Pan, Z., Zhang, X., Zhang, H., He, Z., Adams, S., Chen, W., Ding, J. & Wang, J. 3D-printed Electrodes for Lithium Metal Batteries with High Areal Capacity and High-Rate Capability. Energy Storage Mater. 24, 336-342 (2020).

【5】Koh, J.J., Lim, G.J.H., Chakraborty, S., Zhang, Y., Liu, S., Zhang, X., Tan, S.C., Lyu, Z., Ding J. & He, C. Robust, 3D-printed hydratable plastics for effective solar desalination. Nano Energy 79, 105436 (2021).

【6】Lim, G.J.H., Lyu, Z., Zhang, X., Koh, J.J., Zhang, Y., He, C., Adams, S., Wang, J. & Ding, J. Robust copper framework by extrusion 3D printing for advanced lithium metal anodes. J. Mater. Chem. A 8, 9058-9067 (2020).

【7】Lyu, Z., Ng, T.C.A., Tran-Duc, T., Lim, G.J.H., Gu, Q., Zhang, L., Zhang, Z., Ding, J., Phan-Thien, N., Wang, J. & Ng, H.Y. 3D-Printed Surface-Patterned Ceramic Membrane with Enhanced Performance in Crossflow Filtration. J. Membr. Sci. 606, 118138 (2020)

【8】Lyu, Z., Lim, G.J.H., Koh, J.J., Li, Y., Ma, Y., Ding, J., Wang, J., Hu, Z., Wang, J., Chen, W., Chen. Y. Design and Manufacture of 3D-Printed Batteries. Joule DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.11.010 (2020)

作者简介

第一作者/通讯作者-吕之阳：东南大学机械工程学院副教授、硕导。2009年本科毕业于东北林业大学，2014年博士毕业于南京大学，导师胡征教授和王喜章教授。2015-2020年在新加坡国立大学从事博士后研究工作，合作导师有Wei Chen、John Wang、Jun Ding、Chaobin He教授。目前从事的研究方向为3D/4D打印技术在高性能锂电池器件和高效水处理膜中的设计与制造。近五年，共发表SCI期刊论文50余篇，第一作者/通讯作者（含共同）论文17篇（其中IF>10论文10篇，ESI高被引论文2篇），主要包括Chem. Soc. Rev.，Joule，Adv. Funct. Mater.，Nano Energy，Energy Storage Mater.，J. Membr. Sci.等。被引2000余次，单篇最高他引>100次（2篇）。作为主持人承担江苏省基础研究计划（自然科学基金）青年基金项目1项、南京市留学人员科技创新项目择优资助项目1项。

通讯作者-陈云飞：东南大学机械工程学院教授、博导，国家级特聘专家，国家杰出青年科学基金获得者。在人才培养方面，承担本科生教学课程1门、研究生课程2门，主编《机械设计基础》教材1本，指导毕业研究生30多名，其中一篇博士论文被评为江苏省优秀博士论文。在科学研究方面，作为第一负责人主持完成国家自然科学基金6项，其中4项被评为优，江苏省自然科学基金3项、863MEMS重大专项1项、国家重大基础研究计划1项。目前主持国家自然科学基金重点项目1项、国家重大基础研究计划课题1项。在《JACS》、《Nano Letters》等国际学术刊物发表SCI收录学术论文100多篇，2015年获教育部自然科学一等奖1项，2018年获国家自然科学二等奖1项。主要研究方向包括微纳制造、微尺度传热、摩擦学、增材制造、机械动力学等。