第一屆電池3D打印大會在深圳大學成功召開，引起大量關注

2023年7月15日，第一屆電池3D打印大會在深圳大學舉行。這場由南極熊3D打印網(wǎng)、深圳大學增材制造研究所聯(lián)合發(fā)起的研討會，引起大量專業(yè)人士的關注，現(xiàn)場匯聚來自全國各地的100多位3D打印、大學、新能源、投資等領域的嘉賓，進行了一場輕松而又充滿干貨的交流。這是國內(nèi)首次公開的電池3D打印交流活動。
隨著電動汽車、消費電子、工業(yè)儲能、移動設備以及智能穿戴等領域的蓬勃發(fā)展，對新能源電池的續(xù)航、快充、壽命及安全性等提出了越來越高的要求。以“涂布薄電極+疊層/卷繞”為核心特征的電池構型是目前新能源電池的主流技術路線。然而，受鋰離子擴散動力學限制，在現(xiàn)有電池構型中，集流體上涂覆的活性材料厚度不超過100 μm，其面臨的“能量密度與功率密度的矛盾”是影響電池性能的關鍵。隨著3D打印技術的發(fā)展，通過3D打印賦能電池結(jié)構創(chuàng)新、形狀/尺寸定制化、電池柔性化，為新能源電池的發(fā)展帶來了新的機遇和可能性。

△汽車電池3D打印生產(chǎn)車間（圖源Blackstone）

△3D打印固態(tài)電池（圖源Blackstone）

隨著國內(nèi)新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，誕生了比亞迪、寧德時代為代表的世界級電池領軍企業(yè)，在“涂布薄電極+疊層/卷繞”構型基礎上，進行電池結(jié)構創(chuàng)新，研發(fā)了“刀片電池”、“麒麟電池”等業(yè)界領先的電池技術。然而，國內(nèi)目前在新能源電池3D打印領域，尚處于起步階段，未出現(xiàn)具備規(guī)�；�量產(chǎn)前景的電池3D打印技術及相應的電池產(chǎn)品。

新能源電池，使用3D打印技術來生產(chǎn)制造，有什么的獨特優(yōu)勢？有什么技術難點？什么樣的技術工藝才能適應真正的電池大批量生產(chǎn)制造？

△大會主持人是南極熊3D打印網(wǎng)主編 黎海雄

主持人向大家介紹了本場大會的發(fā)起淵源：
“前段時間來和深圳大學增材制造研究所的老師聊天，不經(jīng)意間得知，我認識了十年的深圳大學劉長勇副教授，做了不少3D打印電池的研究，也發(fā)表了不少論文，是國內(nèi)從事這方面研究的學者當中，論文發(fā)布最多之一。
由于我們南極熊一直在關注電池3D打印這個技術應用方向的進展，但是國內(nèi)很少有人做，那我們能不能發(fā)起一場會議，來討論、來交流，來交個朋友呢？這樣說不定可以推動這方面的發(fā)展進程。
就是一個這么簡單的沖動，我們南極熊就和深圳大學增材制造研究所策劃了今天這個活動。
我相信今天來的這么多朋友，心里面都是帶著“怎么樣3D打印電池？”這個疑問的，一沖動就報名來參加了。這里的朋友，做的領域主要包括3D打印、投資機構、新能源電池等。
今天主講的嘉賓包括深圳大學增材制造研究所所長 教授 陳張偉，深圳大學副教授——劉長勇，清華大學深圳國際研究生院副教授——曹譯丹，高能數(shù)造聯(lián)合創(chuàng)始人、CTO楊康，本來還想邀請電池廠商的3D打印部門負責人，不過由于技術秘密問題而不宜上臺演講�！�

△深圳大學增材制造研究所所長、教授 陳張偉

深圳大學增材制造研究所所長、教授 陳張偉，主要從事陶瓷3D打印研究，對本次大會做了致辭。

3D打印鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢


△深圳大學副教授 劉長勇

深圳大學副教授 劉長勇做了“3D打印鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢”的報告。部分演講內(nèi)容摘錄：


劉長勇認為，
“3D打印可以這樣賦能電池制造：        

• 3D打印賦能電極結(jié)構/電池構型創(chuàng)新
• 3D打印促進電池原型快速研發(fā)
• 3D打印個性化/異形電池快速制造
• 面向智能穿戴的3D打印柔性電池制造
• 3D打印賦能結(jié)構/電池/電路曲面共形設計
  

“如果最大化去利用空間，那么是要做一個異形的個性化，如果說我很可以很快速做這樣一個電池，可以讓你的產(chǎn)品能夠獲得最大的能量，續(xù)航能力更好。你要做到形狀、結(jié)構、尺寸都可以定制化的電池，怎么能夠用3D打印來做這個事情，這個也是做增材制造的朋友可以去考慮事情�！�

“很多軍工上的產(chǎn)品，尤其是飛機，它前面是一個雷達天線罩，要在一個曲面上要把結(jié)構件、電路、天線很多東西都要集成，如果可以做到這種結(jié)構電池電路，全面都是曲面共形這種設計的話，將是非常有潛力的一種技術，當然這個是很難解決的，我以前也想過這個問題，但是并沒有很好的方案�！�

“藍牙耳機里面的空間是異形的，在異形面做一個填充效率最高的電池，就很有價值�！�

“3D打印電池做原型驗證，然后到批量化的時候還是傳統(tǒng)工藝，批量化的時候它又存在制造問題。實際上我們現(xiàn)在3D打印電池，沒辦法反映任何傳統(tǒng)工藝制造中存在的問題，開發(fā)一個新品種的電池，它存在的制造問題仍然要解決一遍，這點會阻礙廠商去用3D打印技術來制造電池�！�
“可以用3D打印技術來做電極的結(jié)構創(chuàng)新，或者叫電池的構型創(chuàng)新。以往的時候電極很薄，要用大量的鋁箔銅箔集流體。如果讓電量有效載荷比例變大，那么就可以提高能量密度。但是它做厚了之后，實際上鋰離子擴展很慢，半天走不出來，來不及，所以可以把電極創(chuàng)新一下。比如說在里面修一個通道，然后電子離子可以很快從通道里面過去，或者說把疊在一起的構型，通過交叉，讓電極離子橫向擴散，就不需要跑那么遠了，只需要在附近跑就行了�！�

下一代高能量密度鋰電池設計與探索


△清華大學深圳國際研究生院副教授 曹譯丹

清華大學深圳國際研究生院副教授 曹譯丹做了“下一代高能量密度鋰電池設計與探索”主題報告，從比較偏基礎的應用基礎研究——電池材料的設計，來提升能量密度。部分演講內(nèi)容摘錄：
“鋰離子電池，現(xiàn)在已經(jīng)在很多領域有了非常廣泛的應用，除了我們非常熟悉的手機和筆記本電腦之外，其實在很多的醫(yī)療器械或者說大型儲能領域也在使用。但是現(xiàn)在鋰離子電池整個的使用壽命，還有能量密度、比容量，快充的性能，安全的電池結(jié)構設計，仍然困擾著產(chǎn)業(yè)界。”

“現(xiàn)在很多人都在做硅的負極。因為相比于現(xiàn)在商用的鋰離子電池里面所用的石墨負極而言，硅的比容量是石墨負極的10倍，但是它又有相應的一系列問題，包括在使用的過程當中，這個材料非常的不穩(wěn)定。另外一個比較有前景的或者說備受關注的電極材料，是鋰金屬，我們都知道它在化學元素周期表里，在一個非�？壳暗奈恢茫�是一個非�；顫姷慕饘�，這也就為它帶來了一系列的問題，這種高反應活性讓它在電池使用的過程當中非常容易產(chǎn)生一系列電解液的副反應，導致它不穩(wěn)定，然后產(chǎn)生體積膨脹，容易產(chǎn)生粉化這樣一系列的問題，導致電池的失效以及安全一些問題。”

“現(xiàn)階段我們所使用的電池材料體系多少是基于石墨為負極，正極所使用的材料，包括三元的氧化物，還有磷酸鐵鋰。整體的能量密度都在300瓦時每千克以下，我們下一代對于高能量密度電池的需求，需要它能夠達到300瓦時甚至400、500瓦時每千克這樣的目標�！�

電池制造工藝的顛覆與創(chuàng)新——3D打印為高性能電池的設計制造插上騰飛的翅膀


△高能數(shù)造聯(lián)合創(chuàng)始人、CTO楊康博士

高能數(shù)造作為國內(nèi)鮮有的主營3D打印電池的公司，其聯(lián)合創(chuàng)始人、CTO楊康博士，為觀眾帶來了“電池制造工藝的顛覆與創(chuàng)新——3D打印為高性能電池的設計制造插上騰飛的翅膀”，并現(xiàn)場展示了3D打印的電池。

△高能數(shù)造3D打印電池


“3D打印的固態(tài)電池，剪開它也是安全性比較高的，能不會短路起火。我們最薄可做到300~400微米一個電池�！�
“美國SAKUU的3D打印電池，據(jù)說已經(jīng)準備交付了，其工藝路線似乎是絲網(wǎng)印刷的。絲網(wǎng)印刷我們自己也試了一下，單層一致性也做不好，另外它對絲網(wǎng)的工藝要求也比較高，我們自己做的時候發(fā)現(xiàn)它粘附漿料，然后會導致極片的一致性變差。疊層涂覆的時候也會有問題，他們可能在這些方面有一些比較好的技術積累，非常推崇3d打印，對于形狀結(jié)構這些可能設計更加自由，能夠去變相的提升用電器的續(xù)航�！�

“把電極做厚是比較難的，我們能夠利用3D打印工藝去做電極，然后在內(nèi)部設計一些孔道結(jié)構，方便電解液的浸潤，離子傳輸就會比較好�！�

“跟我們有接觸的做3C消費電子的廠商，也在嘗試做快速的充放，這個在電極的正負極里面都會有應用�！�

“我們主要推的是利用3D打印的工藝去做全固態(tài)電池，主要問題集中在界面上，所以我們首先想到的就是利用3D打印技術去設計電解質(zhì)和電極的界面結(jié)構，能夠去增大兩者之間的接觸�！�

“高能量密度電池，就是把一些沒有化學活性的部分質(zhì)量降到最低，所以我們就爭取把定制隔膜做最薄，利用我們現(xiàn)在的3D打印機，最薄可以做到7微米，然后也能做的比較厚，19微米、20微米也可以。”

“原位固化就是用3D打印去做電極與電解質(zhì)的原位固化，是傳統(tǒng)的固態(tài)電池工業(yè)解決不了的，就是說能夠用原位固化的方式去改善兩者之間的界面，讓他們兩者之間的界面接觸得非常好�！�

“我們現(xiàn)在的3D打印電池，不但性能達標，在某些情況下，生產(chǎn)成本已經(jīng)比傳統(tǒng)工藝低30%�！�

開放式交流：電池3D打印的未來

主題報告完畢后，進入了開放式交流環(huán)節(jié)，在南極熊的主持下，現(xiàn)場與會人員就很多核心問題進行了輕松自由的交流。


交流的問題包括：

• 新能源電池的制造有什么痛點？有哪些是3D打印適合應用的？
• 投資機構如何看待電池3D打印這個新興領域
• 什么樣的技術路線能達標質(zhì)量要求？
• 什么樣的技術路線可以達到批量化生產(chǎn)要求？
• 產(chǎn)業(yè)化應用，有哪些技術難點？
• 量產(chǎn)達標，各個路線怎么控制，達到量產(chǎn)/成本/效率的平衡？
  

這是一場非常具有前瞻性的大會。讓南極熊印象深刻的是，來參加會議的多數(shù)嘉賓，全程都在非常認真得聆聽；由于干貨內(nèi)容信息量大，甚至還有不少人做了好幾頁的筆記，都希望可以更早地看見新能源電池產(chǎn)業(yè)結(jié)合3D打印技術的未來。
南極熊希望，可以通過本次大會，啟發(fā)一部分人去關注、去研究、甚至去從事電池3D打印的相關工作，結(jié)合新能源這個萬億級市場的大領域，做出突破。

值得關注