传统锂电电极普遍采用NMP溶剂搭配PVDF粘结剂，有机溶剂成本高、存在挥发污染，聚合物相还会堵塞孔隙、阻碍锂离子扩散；常规DIW打印浆料同样依赖有机粘结维持生坯强度，厚层打印脱脂易开裂。该研究采用Pluronic表面活性剂作为临时成型助剂，烧结后完全分解消失，仅保留LFP活性相与C65导电网络，制备无粘结剂全陶瓷厚电极，兼顾环保制备、高面载、快速离子传导三重优势，为高能量微型电池提供全新增材制造方案。

传统锂电打印浆料核心行业痛点

目前商用与实验室锂电DIW打印浆料存在多重短板，制约厚电极、绿色制备路线落地：

1. 有机溶剂环保成本高：NMP有毒易挥发，回收设备投入大，实验室小批量研发废气处理繁琐；

2. PVDF粘结剂阻隔传质：聚合物包裹活性颗粒，烧结无法去除，堵塞电极孔隙，大倍率充放电极化严重；

3. 厚层生坯强度不足：无粘结体系打印800μm以上极片易分层断裂，常规水基浆料触变性差，挤出后塌陷；

4. 导电网络连续性差：普通炭黑分散不均，烧结后出现导电断路，厚电极内阻急剧上升。

图：纯水基浆料配制、DIW浆料直写、氮气脱脂、高温烧结完整工艺链路，铂邦设备可配套水基搅拌脱泡模块复现整套流程

水基无粘结LFP浆料全套预处理工艺

浆料以去离子水唯一溶剂，采用Pluronic 407作为临时成型载体，C65炭黑同时承担流变调控与导电功能，全部预处理工序匹配铂邦设备行星搅拌、真空脱泡单元：

1. 粉体复配：商用碳包覆LFP为主活性材料，梯度添加5%~15%比例Super C65导电炭黑，对比不同添加量对流变、导电性能影响；

2. 水相分散：Pluronic表面活性剂常温溶于纯水，依次加入LFP、C65粉体，低速预混打散团聚；

3. 长时间行星搅拌+真空脱泡：分段高低速搅拌消除粉体团聚，同步抽真空去除微米气泡，避免打印层间气孔；

4. 流变调控：依靠C65纳米炭黑构建悬浮网络，浆料具备高屈服应力、典型剪切变稀特性，满足大厚度挤出成型不塌陷。

图：不同C65添加量浆料粘度、模量测试结果，高屈服应力适配DIW厚层立体打印成型要求

DIW打印与生坯脱脂烧结完整流程

整套成型后处理分为分层打印、氮气脱脂、高温烧结三段，全程无需粘结剂支撑，可依托配套气氛热处理设备联动铂邦DIW主机使用：

1. 挤出打印：0.6mm喷嘴，分层厚度0.4mm，逐层堆叠制备800μm厚三维网格电极，生坯依靠炭黑+表面活性剂网络保持完整结构；

2. 阶梯脱脂：氮气气氛下200℃、450℃两段保温，完全分解Pluronic有机载体，无碳残留污染活性相；

3. 高温烧结：600~750℃梯度烧结对比，最优温度下LFP颗粒轻微颈连，C65形成贯穿连续导电通路，同时保留大量互通孔隙；

4. 后处理简化：烧结完成无需额外涂层，直接裁切极片组装CR2032扣式全电池。

微观结构与电化学性能差异

通过SEM、BJH、电导率、全电池测试验证C65添加量与烧结温度对电极影响：

1. 微观孔隙：最优10wt% C65配方烧结后维持互通多孔结构，电解液浸润通道充足，无颗粒致密结块；

2. 电子导电性：10%添加量烧结电极电导率提升两个数量级，无粘结陶瓷骨架消除聚合物绝缘相；

3. 面容量表现：面载量104mg/cm²，C/25低倍率下达到17mAh/cm²，2C高倍率仍保留5.9mAh/cm²；

4. 长循环稳定性：搭配LTO负极组装全电池，百次循环容量衰减幅度远低于传统涂布有机粘结极片。

图：DIW挤出成型烧结厚电极截面多孔形貌、全电池循环性能，三维结构大幅提升倍率放电能力

工艺落地科研应用价值

该水基无粘结剂DIW成套工艺具备极强科研与小批量试制落地价值，适配高面载微型储能器件开发：

1. 绿色研发路线：完全舍弃NMP有机溶剂，实验室废气、危废大幅减少，降低环保设备投入；

2. 超高面载电极开发：突破传统涂布厚度限制，800μm一体化多孔极片可直接用于高能量密度微型锂电池；

3. 导电助剂配方平台：可在铂邦DIW设备上快速对比C6、C45、碳纳米管等各类炭黑添加效果；

4. 一体化陶瓷电极研究：可拓展至LMO、LCO、硅基等无粘结水基打印浆料体系，通用整套搅拌、打印、烧结流程。

相比传统有机浆料涂布与打印方案，该路线同时实现环保制备、更高面容量、更优倍率性能三大优势，是下一代绿色锂电增材制造核心工艺方向。