journal article·2019-11Open access

Digital Printing of Solid‐State Lithium‐Ion Batteries

L. Jay Deiner, Carlos André Gomes Bezerra, Thomas G. Howell, Amber S. Powell

Advanced Engineering Materials· Volume 21· Issue 11

Abstract

Solid‐state lithium‐ion batteries promise to deliver the next generation of energy storage with necessary improvements in safety, energy density, and durability. However, their broad commercial success requires the development of scalable manufacturing processes to address fabrication challenges associated with composite electrodes, electrode/solid electrolyte interfaces, and thin solid electrolyte layers. In parallel with the need for innovation in solid‐state battery fabrication, there is a rapid progress in the field of 3D printing of functional materials. Hence, there is now the opportunity to consider how additive manufacturing informs fabrication processes for solid‐state lithium‐ion batteries. Herein, the fabrication requirements of solid‐state lithium‐ion batteries are described and recent examples of digitally fabricated solid‐state lithium‐ion batteries, components, and materials are highlighted. A critical review of initial efforts toward 3D printing of solid‐state lithium‐ion batteries provides the prospective to identify future challenges and prospects.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advancements in Battery Materials · Advanced Battery Materials and Technologies · Supercapacitor Materials and Fabrication

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

City Tech CUNY 285 Jay Street Brooklyn NY 11201 USA

Instituto de Química de São Carlos USP Av. Trab. São Carlense, 400 - Parque Arnold Schimidt São Carlos SP 13566-590 Brazil

Aerospace Systems Directorate Air Force Research Laboratory Fifth Street, Wright-Patterson Air Force Base Dayton OH 45433 USA

Funding

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo · Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1007/BF0235498110.1007/BF02354981 ↗
2. 10.1002/aenm.20100000210.1002/aenm.201000002 ↗
3. 10.1002/aenm.20140140810.1002/aenm.201401408 ↗
4. 10.1038/s41467-017-01187-y10.1038/s41467-017-01187-y ↗
5. 10.1016/j.nanoen.2017.01.02810.1016/j.nanoen.2017.01.028 ↗
6. 10.1038/nenergy.2016.14110.1038/nenergy.2016.141 ↗
7. 10.1002/aenm.20190133510.1002/aenm.201901335 ↗
8. 10.1021/acs.jpclett.5b0181410.1021/acs.jpclett.5b01814 ↗
9. 10.1016/j.actamat.2012.10.03410.1016/j.actamat.2012.10.034 ↗
10. 10.1557/mrs.2018.23410.1557/mrs.2018.234 ↗
11. 10.1038/s41598-017-17697-010.1038/s41598-017-17697-0 ↗
12. 10.1002/admi.20180089910.1002/admi.201800899 ↗
13. 10.1016/j.jpowsour.2018.05.00310.1016/j.jpowsour.2018.05.003 ↗
14. 10.1016/j.jpowsour.2018.04.02210.1016/j.jpowsour.2018.04.022 ↗
15. 10.1039/C6MH00218H10.1039/C6MH00218H ↗
16. 10.1038/nmat436910.1038/nmat4369 ↗
17. 10.1002/chem.20180361610.1002/chem.201803616 ↗
18. 10.1002/smll.20190147010.1002/smll.201901470 ↗
19. 10.1016/j.progpolymsci.2017.12.00410.1016/j.progpolymsci.2017.12.004 ↗
20. 10.1039/C6TA10066J10.1039/C6TA10066J ↗
21. 10.1016/j.jpowsour.2015.09.11110.1016/j.jpowsour.2015.09.111 ↗
22. 10.1016/j.ssi.2019.01.00710.1016/j.ssi.2019.01.007 ↗
23. 10.1016/j.coelec.2018.03.03310.1016/j.coelec.2018.03.033 ↗
24. 10.1038/2881810.1038/28818 ↗
25. 10.1016/j.polymer.2006.05.06910.1016/j.polymer.2006.05.069 ↗
26. 10.1016/j.mtnano.2018.12.00310.1016/j.mtnano.2018.12.003 ↗
27. 10.1073/pnas.160042211310.1073/pnas.1600422113 ↗
28. 10.1002/anie.20160892410.1002/anie.201608924 ↗
29. 10.1073/pnas.152039411210.1073/pnas.1520394112 ↗
30. 10.1016/j.ensm.2016.07.00310.1016/j.ensm.2016.07.003 ↗
31. 10.1007/s41918-018-0011-210.1007/s41918-018-0011-2 ↗
32. 10.1007/s11465-017-0462-x10.1007/s11465-017-0462-x ↗
33. 10.1016/j.jpowsour.2018.02.06210.1016/j.jpowsour.2018.02.062 ↗
34. 10.1016/j.jelechem.2016.08.03110.1016/j.jelechem.2016.08.031 ↗
35. 10.1016/j.cossms.2012.03.00210.1016/j.cossms.2012.03.002 ↗
36. 10.1021/acsami.7b0113710.1021/acsami.7b01137 ↗
37. 10.1016/j.jpowsour.2016.09.14310.1016/j.jpowsour.2016.09.143 ↗
38. 10.1021/acs.jpclett.7b0288010.1021/acs.jpclett.7b02880 ↗
39. 10.1021/acs.jpcc.8b0397110.1021/acs.jpcc.8b03971 ↗
40. 10.1007/s10904-014-0127-810.1007/s10904-014-0127-8 ↗
41. 10.1021/acsami.8b0590210.1021/acsami.8b05902 ↗
42. 10.1016/j.apenergy.2015.12.06810.1016/j.apenergy.2015.12.068 ↗
43. 10.1016/j.matdes.2017.01.08810.1016/j.matdes.2017.01.088 ↗
44. 10.1002/adma.20130103610.1002/adma.201301036 ↗
45. 10.1016/S1359-0286(99)00052-210.1016/S1359-0286(99)00052-2 ↗
46. 10.1016/j.tsf.2018.01.03310.1016/j.tsf.2018.01.033 ↗
47. 10.1149/2.F04083IF10.1149/2.F04083IF ↗
48. 10.1021/acs.chemmater.7b0094410.1021/acs.chemmater.7b00944 ↗
49. 10.1002/admi.20190080510.1002/admi.201900805 ↗
50. 10.1021/nl204047z10.1021/nl204047z ↗
51. 10.1016/0013-4686(92)80092-Z10.1016/0013-4686(92)80092-Z ↗
52. Grape U. · 2015
53. Bluecar LMP Batteries (Lithium Metal Polymer) https://www.bluecar.fr/les-batteries-lmp-lithium-metal-polymere(accessed: April 2019).
54. Brightvolt Brightvolt PME (Polymer Matrix Electrolyte) https://www.brightvolt.com/our-technology/(accessed: April 2019).
55. 10.1016/j.ssi.2016.01.04510.1016/j.ssi.2016.01.045 ↗
56. 10.1016/j.jpowsour.2014.04.06510.1016/j.jpowsour.2014.04.065 ↗
57. 10.1016/j.ceramint.2013.01.07910.1016/j.ceramint.2013.01.079 ↗
58. 10.1016/j.elecom.2010.04.01410.1016/j.elecom.2010.04.014 ↗
59. 10.1016/j.ssi.2017.08.01610.1016/j.ssi.2017.08.016 ↗
60. 10.1016/j.jpowsour.2013.10.00510.1016/j.jpowsour.2013.10.005 ↗
61. 10.1016/j.jpowsour.2013.02.07310.1016/j.jpowsour.2013.02.073 ↗
62. 10.1016/j.jpowsour.2005.10.05710.1016/j.jpowsour.2005.10.057 ↗
63. 10.1016/j.ssi.2015.05.02510.1016/j.ssi.2015.05.025 ↗
64. 10.1021/acs.nanolett.7b0033010.1021/acs.nanolett.7b00330 ↗
65. 10.1039/C6TA02294D10.1039/C6TA02294D ↗
66. 10.1021/acs.nanolett.5b0053810.1021/acs.nanolett.5b00538 ↗
67. 10.1016/S0378-7753(01)00733-910.1016/S0378-7753(01)00733-9 ↗
68. 10.1016/j.elecom.2004.02.01010.1016/j.elecom.2004.02.010 ↗
69. 10.1021/acs.chemmater.5b0165410.1021/acs.chemmater.5b01654 ↗
70. 10.1038/nenergy.2016.3010.1038/nenergy.2016.30 ↗
71. 10.1039/C7TA07856K10.1039/C7TA07856K ↗
72. 10.1557/mrs.2018.21110.1557/mrs.2018.211 ↗
73. ASTM https://www.astm.org/ABOUT/OverviewsforWeb2014/Additive-Manufacturing.pdf(accessed: April 2019).
74. 10.1007/s11465-013-0248-810.1007/s11465-013-0248-8 ↗
75. 10.1039/C8TA11860D10.1039/C8TA11860D ↗
76. 10.1016/j.compositesb.2018.02.01210.1016/j.compositesb.2018.02.012 ↗
77. 10.1007/s00170-015-7576-210.1007/s00170-015-7576-2 ↗
78. 10.1088/0960-1317/24/5/05300110.1088/0960-1317/24/5/053001 ↗
79. 10.1002/admt.20180009910.1002/admt.201800099 ↗
80. 10.1016/j.applthermaleng.2018.12.01310.1016/j.applthermaleng.2018.12.013 ↗
81. 10.1016/j.ijmachtools.2018.03.00610.1016/j.ijmachtools.2018.03.006 ↗
82. 10.1016/j.jmatprotec.2018.09.00410.1016/j.jmatprotec.2018.09.004 ↗
83. 10.1016/j.solmat.2008.10.00410.1016/j.solmat.2008.10.004 ↗
84. 10.1002/cssc.20150065710.1002/cssc.201500657 ↗
85. 10.1016/j.addma.2018.07.00610.1016/j.addma.2018.07.006 ↗
86. 10.1002/adem.20180128110.1002/adem.201801281 ↗
87. 10.1007/s12274-018-2068-y10.1007/s12274-018-2068-y ↗
88. 10.1002/adma.20170302710.1002/adma.201703027 ↗
89. 10.1021/acs.chemrev.7b0007410.1021/acs.chemrev.7b00074 ↗
90. 10.1002/978111928790210.1002/9781119287902 ↗
91. 10.1021/acsenergylett.7b0108610.1021/acsenergylett.7b01086 ↗
92. 10.1021/acs.nanolett.5b0139410.1021/acs.nanolett.5b01394 ↗
93. 10.1039/C7EE01630A10.1039/C7EE01630A ↗
94. Lee S.-Y. · 2017 · 101941B
95. Steingart D. · 2007 · 261
96. 10.1016/j.apsusc.2005.10.04110.1016/j.apsusc.2005.10.041 ↗
97. 10.1002/adma.20180061510.1002/adma.201800615 ↗
98. 10.1016/j.jpowsour.2014.10.16410.1016/j.jpowsour.2014.10.164 ↗
99. 10.1002/adma.20170713210.1002/adma.201707132 ↗
100. 10.1039/C7EE02723K10.1039/C7EE02723K ↗