104 mg/cm² 的面载量，C/25 下 17 mAh/cm² 的面容量，2C 仍保留 5.9 mAh/cm²——这组数字放在锂电极片里属于常规涂布够不到的量级。做到它的电极里没有 PVDF，也没有 NMP，整根线条烧完之后只剩 LFP 活性相和 C65 形成的导电骨架。有机组分不是被容忍，而是被设计成"用完即走"的临时角色，这是这项工作最值得琢磨的地方。

把粘结剂拿掉之后，问题变成了什么

常规电极浆料的逻辑是 PVDF 溶于 NMP，聚合物既提供生坯强度也提供成品的机械完整性。代价有三层：NMP 有毒易挥发，回收设备投入大，小批量研发的废气处理很麻烦；PVDF 在成品里永久存在，包裹活性颗粒、堵塞孔隙，成为离子传输路径上的绝缘障碍；厚层打印时聚合物相在干燥和脱脂阶段的收缩不均，容易导致分层。

拿掉粘结剂，上述问题一起消失，但新的问题立刻顶上来：生坯靠什么立住。800 μm 厚的三维网格，纯粉体加水根本不成型，挤出即塌。无粘结体系走不通的地方从来不是烧结后的性能，而是烧结前的那几个小时。

研究给出的答案是用 Pluronic 407 做临时成型载体。这是一种嵌段共聚物表面活性剂，在水中具有温度响应的胶束堆积行为，能提供可观的屈服应力，而它的分解温度不高，脱脂阶段可以完全烧掉且不留碳残。它只在生坯阶段承重，成品里查不到它的痕迹。

图：从纯水基配浆、DIW浆料直写到氮气脱脂、高温烧结的完整链路

C65的双重身份

这套配方里最关键的设计不是 Pluronic，而是 Super C65 炭黑同时承担了两个互不相干的功能。

在浆料状态下，C65 是纳米级颗粒，比表面积大，能在水相中搭起絮凝网络，为体系贡献屈服应力和剪切变稀特性。没有它，Pluronic 单独撑不起 800 μm 的堆叠高度。在烧结之后，C65 又是唯一的导电相，LFP 本征电子导电性极差，全靠炭黑颗粒之间形成的贯穿通路把电子送到集流体。

两个功能对添加量的要求方向一致但幅度不同，所以研究做了 5%~15% 的梯度对比。加得少，流变支撑不足、导电网络断续；加得多，活性物质占比被稀释，面容量下降，而且过量炭黑会让浆料粘度陡增，挤出压力顶不住。最终 10 wt% 是这两条曲线交叉出的窗口。

水基浆料的配制顺序

溶剂只有去离子水，配制顺序反而更需要注意。Pluronic 先在常温下溶于纯水形成均相溶液，随后依次加入碳包覆 LFP 与 C65 粉体低速预混打散。C65 极易团聚，干粉直接投入高粘度体系很难分开，预混阶段的转速和时长决定了后面能不能均匀。

接着是分段高低速行星搅拌，同步真空脱泡。水基体系表面张力高，卷进去的气泡比有机体系更难自行排出，而这批浆料后面要堆到 800 μm，层间气孔在脱脂时会成为裂纹的起点。脱泡不到位，前面所有工作都会在烧结出炉时兑现成废品。

图：不同C65添加量下的粘度与模量曲线，高屈服应力是厚层堆叠的前提

打印、脱脂、烧结的三段窗口

打印段用 0.6 mm 喷嘴、0.4 mm 分层厚度。层厚约为喷嘴直径的三分之二，这个比例让线条在堆叠时有适度压扁，层间接触面积足够而又不会过度铺展影响孔隙率。逐层堆到 800 μm，生坯完全依靠炭黑网络与表面活性剂维持形状。

脱脂段在氮气气氛下走 200℃ 与 450℃ 两段保温。分两段而不是一路升上去，是因为有机载体的分解不是单一过程：低温段先排掉残余水分和低分子量组分，避免快速气化把线条撑裂；高温段才让 Pluronic 主链彻底断裂分解。惰性气氛既防止 LFP 中 Fe²⁺ 被氧化，也让有机物走热解路径而非燃烧路径，减少局部过热。

烧结段在 600~750℃ 之间做梯度对比。这个温度区间的取舍很微妙：温度低了，LFP 颗粒之间没有颈连，骨架强度不够，一碰就散；温度高了，颗粒过度长大并致密化，把好不容易保留下来的互通孔隙堵死，离子传输路径反而变差。最优点落在颗粒轻微颈连、C65 形成连续通路、同时大量孔隙仍然互通的状态上。烧结完成后不需要额外涂层，直接裁切组装 CR2032 扣式电池。

性能数据反映的结构状态

SEM 与 BJH 结果显示，10 wt% C65 配方烧结后维持着互通多孔结构，没有出现颗粒致密结块，电解液浸润通道充足。电导率相比低添加量配方提升两个数量级——这个跨度不只是炭黑多了，更是因为无粘结陶瓷骨架里不存在聚合物绝缘相，导电路径不再被隔断。

面容量方面，C/25 下 17 mAh/cm² 对应着 104 mg/cm² 的高面载，2C 时仍有 5.9 mAh/cm²。厚电极在高倍率下必然存在浓差极化，能保住这个水平，说明三维网格结构提供的短程离子通道确实起了作用——电解液可以从网格孔道直接渗透到极片内部，而不是只能从顶面往下扩散。搭配 LTO 负极组装的全电池，百次循环的容量衰减幅度明显低于传统有机粘结涂布极片。

图：烧结后厚电极的截面多孔形貌与全电池循环表现

设备适配：水基与气氛热处理的衔接

复现这类工艺，设备侧要处理的是三段之间的衔接问题，单看任何一段都不难。

水基浆料对硬件的要求与有机体系不同。接触材料需要考虑长期耐水与防锈，铝制料筒和普通碳钢部件不适用；水的挥发速率虽然低于乙醇丙酮，但长时间打印时喷嘴端面仍会失水结皮，恒温与回吸模块同样有用。此外水基体系粘度对温度更敏感，料筒温控的意义比有机体系更大。

屈服应力型浆料需要匹配的挤出方式。这类浆料静止时接近固体，启动挤出需要克服屈服应力，气压推料容易出现"憋一下再突然冲出来"的现象，起笔位置线宽失控。螺杆或活塞式定容挤出在这种工况下表现更稳定，铂邦 DIW 机型可按浆料流变特性选配对应的挤出模组。

生坯转运是容易被忽略的环节。800 μm 厚的无粘结生坯强度有限，从打印平台转到气氛炉的过程中最容易损坏。可拆卸的打印基板、直接连基板入炉的设计能规避这一步，这属于机型配置层面的细节，但对良率影响不小。

脱脂与烧结在独立的气氛炉中完成，与打印主机是串联关系。实际使用中建议把炉子的升温程序与打印批次绑定管理，同一批生坯走同一条热历史，否则对照实验的数据会失去可比性。

可以迁移的方向

这条路线的可迁移性在于它把"临时载体＋功能填料"这个组合抽象了出来。导电助剂可以换成 C45、乙炔黑或碳纳米管，各自的网络构建能力与烧结后残留形态不同，值得逐个对比；活性材料侧可以拓展到 LMO、LCO 乃至硅基体系，只要能耐受对应的脱脂烧结制度，整套搅拌、打印、热处理流程都可以沿用。

对实验室而言还有一层直接收益：完全舍弃 NMP 之后，废气和危废处理压力大幅下降，环保设备投入随之减少。对以厚电极、微型高能量密度电池为方向的课题，这套水基无粘结路线的性价比相当突出。