突破性3D打印固態(tài)電池！黑石磷酸鋰鐵陰極技術(shù)無需鈷或鎳

導(dǎo)讀：能源一直是人類社會(huì)的永恒議題，如何利用3D打印技術(shù)在電池等能源技術(shù)上取得進(jìn)一步的突破也是許多人一直在探索的課題。

南極熊獲悉，瑞士黑石資源股份公司（Blackstone Resources AG）（SWX：BLS）于2021年4月12日宣布，公司專有3D打印生產(chǎn)技術(shù)已在3D打印固態(tài)電池領(lǐng)域走過了一系列重要的里程碑，代表了公司在這種下一代技術(shù)的重大突破。據(jù)了解，黑石德國子公司Blackstone Technology GmbH已成功打印并測試了首款可工作的固態(tài)電池，并展示了由Blackstone固態(tài)電池供電的LED燈。

△5x5平方厘米的袋式電池，帶有發(fā)光二極管

3D絲網(wǎng)印刷工藝的完成

固態(tài)電池的生產(chǎn)標(biāo)志著3D絲網(wǎng)印刷工藝已完成研究和評(píng)估階段，這是生產(chǎn)固態(tài)鋰電池的一種靈活的新方法。這項(xiàng)工藝需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)重要概念：

• 完成作為隔膜的機(jī)械穩(wěn)定的3D打印固態(tài)電解質(zhì)。
• 生產(chǎn)3D打印復(fù)合陰極（加上固態(tài)電解質(zhì)和磷酸鐵鋰的復(fù)合材料）
• 完整3D打印5x5平方厘米的袋式電池，無需使用機(jī)械墊片，即可正常運(yùn)行。
  

與使用液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)電池設(shè)計(jì)相比，Blackstone Technology的3D打印固態(tài)電池技術(shù)具有明顯優(yōu)勢。它可以大大降低生產(chǎn)成本、提高電池的能量密度、并提供更多充電周期。Blackstone Technology已從生產(chǎn)技術(shù)中獲得了最高效率和最能量密度比，代表了全球電池制造過程的變革者，也為使用各種正極材料的量產(chǎn)固態(tài)電池鋪平了道路。

△3D打印固態(tài)電池生產(chǎn)工作流程

3D打印固態(tài)電池使用LFP技術(shù)，具有基于磷酸鋰鐵（LFP）的陰極，這項(xiàng)技術(shù)的好處是便宜且不需要鈷或鎳。公司還計(jì)劃與其他金屬（如NMC電池）進(jìn)行組合。另外，這類電池不使用有毒材料，由水溶性化學(xué)物質(zhì)制成，因此對(duì)環(huán)境更加友好，且易于回收利用。盡管與其他電池化學(xué)物質(zhì)相比，LFP技術(shù)通常具有較低的能量密度，但黑石使用專有的厚層技術(shù)消除了這些缺點(diǎn)。與當(dāng)前的鋰電池技術(shù)相比，LFP電池技術(shù)可提供20-25％的能量密度。Blackstone Technology的3D打印制造工藝可以生產(chǎn)各種形狀的電池并具有廣泛應(yīng)用，例如電動(dòng)汽車、電動(dòng)巴士、電動(dòng)摩托車、5G網(wǎng)絡(luò)、工具或無人機(jī)技術(shù)。

△3D打印固態(tài)電池生產(chǎn)線

Blackstone Technology致力于采取下一步措施來開發(fā)所需的制造技術(shù)，使產(chǎn)量達(dá)到每秒生產(chǎn)一個(gè)電池芯的水平，生產(chǎn)成本降至低于每千瓦時(shí)65美元（約426人民幣）。此外，在這些固態(tài)電池的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)工藝有可能節(jié)省多達(dá)70％的傳統(tǒng)資本支出和30％的運(yùn)營支出。電極化學(xué)物質(zhì)和其他用過的材料可以進(jìn)一步節(jié)省材料。

將改變整個(gè)電池行業(yè)

多年來，黑石一直在通過德國子公司Blackstone Technology GmbH投資下一代電池技術(shù)，包括獲得專利3D打印技術(shù)、固態(tài)技術(shù)以及在3D打印過程中批量生產(chǎn)電池。南極熊曾在2021年1月對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)介紹（詳情請(qǐng)參考帖子：能量密度提高1倍的3D打印固態(tài)電池來了，黑石引領(lǐng)下一代電動(dòng)汽車技術(shù)）。由Blackstone Technology GmbH開發(fā)的首批大型電池已經(jīng)在2021年2月的Blackstone電池日展示，并已準(zhǔn)備好進(jìn)行批量生產(chǎn)。

△黑石技術(shù)的新成就

黑石資源股份公司

Blackstone Resources AG是一家瑞士控股公司，位于Kanton Zug的Baar，專注于電池技術(shù)和電池金屬市場。此外，公司還建立、開發(fā)和管理用于黃金和電池金屬的精煉廠。電動(dòng)汽車的發(fā)展需要大量金屬，這驅(qū)動(dòng)了電池技術(shù)和電池金屬革命，包括鈷、錳、石墨、鎳、銅和鋰。此外，黑石資源已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)有關(guān)固態(tài)電池新電池技術(shù)及生產(chǎn)工藝的研究計(jì)劃。

其他相關(guān)專利

一項(xiàng)韓國相關(guān)專利設(shè)計(jì)了一種被橋和交叉點(diǎn)分開的絲網(wǎng)印刷技術(shù)。技術(shù)優(yōu)選通過電鑄法制造的金屬絲網(wǎng)，從側(cè)面看，整個(gè)3D結(jié)構(gòu)包含由橋和交叉點(diǎn)之間的厚度差形成的峰和谷。可用于制造RFID標(biāo)簽、太陽能電池板、印刷電路板。專利還涉及一種打印機(jī)，包括一個(gè)或多個(gè)用于墨水和/或輥或刮板的儲(chǔ)存器與一個(gè)或多個(gè)絲網(wǎng)的組合。

△絲網(wǎng)印刷

另一項(xiàng)日本專利提供了一種用于制造三維絲網(wǎng)印刷物品的改進(jìn)系統(tǒng)，機(jī)器包括具有絲網(wǎng)印刷的印刷臺(tái)，能夠至少一個(gè)印刷表面多次印刷。并且，在每次印刷之后，絲網(wǎng)印刷版的距離增加了與先前印刷涂層厚度相對(duì)應(yīng)的量。

△3D絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)

參考閱讀：

1. Blackstone’s major milestone in 3D-printing solid-statebatteries
2. Blackstone Resources presents new achievements ofBlackstone Technology
3. Battery technology at Blackstone Resources
4. Blackstone Battery Day English Version kurz
5. 能量密度提高1倍的3D打印固態(tài)電池來了，黑石引領(lǐng)下一代電動(dòng)汽車技術(shù)
6. Screen printing
7. Machine for making three dimensional screen-printedarticle