3D打印如何“顛覆”固態(tài)電池制造

全固態(tài)電池作為一種新型電池技術(shù)，具備多樣的優(yōu)勢。相比傳統(tǒng)的液態(tài)電池，全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，能夠有效避免液體電解質(zhì)泄漏和發(fā)生燃燒爆炸等危險(xiǎn)情況。其次，全固態(tài)電池具備更高的能量密度和更長的使用壽命。

作為下一代電池技術(shù)的關(guān)鍵方向，全固態(tài)電池一直面臨著制造難度大、成本高等問題，目前仍停留待產(chǎn)業(yè)化階段。因此，各大電池制造廠商從材料、技術(shù)等方面積極探索解決方案。

3D打印技術(shù)作為一項(xiàng)顛覆性的制造技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。而在電池行業(yè)，3D打印技術(shù)也開始嶄露頭角，為電池的制造和發(fā)展提供了新的機(jī)遇。通過層層堆疊的方式，3D打印技術(shù)可將固態(tài)電池的各個(gè)部件精確制造出來，從而實(shí)現(xiàn)快速、靈活的生產(chǎn)。

與傳統(tǒng)電池相比，3D打印全固態(tài)電池具有以下顯著優(yōu)勢：

1.電極精度高

借助微米級制造控制能力，電池3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)最薄10μm以內(nèi)超薄電介質(zhì)薄膜及復(fù)合電極層制備，為全固態(tài)電池界面優(yōu)化提供有效的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

2. 制造效率高

傳統(tǒng)電池的制造過程通常需要多個(gè)工序和大量的人工操作，而通過3D打印技術(shù)，可以一次性完成電池的制造，從而大幅提高制造效率。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和精確的尺寸控制，為電池的制造提供了更大的靈活性和精度。

3. 穩(wěn)定性高

通過3D打印的單個(gè)樣品及同批次樣品均勻性好，一致性高，制得的極片或電芯性能穩(wěn)定，且正反面打印定位準(zhǔn)確，能快速制備雙面極片和極片/電解質(zhì)復(fù)合膜。

4.個(gè)性化和定制化需求

3D打印技術(shù)允許根據(jù)用戶的需求進(jìn)行個(gè)性化和定制化的設(shè)計(jì)與制造。在電池領(lǐng)域中，這意味著可以根據(jù)不同設(shè)備或產(chǎn)品的特定要求，定制電池的形狀、尺寸和性能等。對于一些特殊行業(yè)或應(yīng)用場景，例如醫(yī)療器械、智能穿戴設(shè)備、航空航天等，3D打印電池能夠滿足其獨(dú)特的需求，開啟更多應(yīng)用領(lǐng)域。

5.操作簡單

人機(jī)交互界面，可支持網(wǎng)絡(luò)傳輸打印數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線打印，實(shí)時(shí)監(jiān)測和修改打印參數(shù)，實(shí)現(xiàn)一鍵式打印電芯。

6. 節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展

3D打印電池所需的原材料相對較少，制造過程中減少了大量廢料和耗能，相比傳統(tǒng)電池制造具有較低的能耗和碳排放。此外，盡管目前3D打印電池在材料利用率方面仍面臨挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷完善，相信能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效的材料利用，進(jìn)一步降低環(huán)境影響。

7. 新興應(yīng)用領(lǐng)域的推動

3D打印電池的市場前景受到新興應(yīng)用領(lǐng)域的推動。隨著人們對便攜式電子設(shè)備、智能家居、電動車和可再生能源等需求的不斷增加，對于電池續(xù)航能力和性能要求也越來越高。3D打印電池作為一種新型電池技術(shù)，具備高能量密度、快充電速度和良好的安全性能等特點(diǎn)，能夠滿足這些新興應(yīng)用領(lǐng)域的需求，因此有著廣闊的市場前景。

△高能數(shù)造自研3D打印電池設(shè)備

當(dāng)下，國內(nèi)外已有多家公司利用3D打印技術(shù)推動全固態(tài)電池的發(fā)展。來自本土的高能數(shù)造是國內(nèi)較早聚焦并推出3D打印電池設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化公司，依托其自主研發(fā)的電池3D打印技術(shù)，已推出三代電池3D打印專用裝備。

針對新能源電池研發(fā)制造的專業(yè)需求，高能數(shù)造自主研發(fā)了漿料擠出層疊（SEL）3D打印技術(shù)，并取得多項(xiàng)自主知識產(chǎn)權(quán)的3D打印授權(quán)專利。

通過SEL增材制造技術(shù)和電池漿料專用3D打印電池?cái)?shù)字制造裝備，能夠低成本且快速的制造復(fù)雜形狀的電池和具有獨(dú)特設(shè)計(jì)3D結(jié)構(gòu)的電池，從而支撐將微孔厚電極、微型電池和全固態(tài)電池的設(shè)計(jì)變成真實(shí)的電池產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)更高性能電池的開發(fā)與制造。

由高能數(shù)造自研的3D電池打印設(shè)備可在10μm級高精度和高設(shè)計(jì)自由度的條件下，實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的一體化智能制造。該設(shè)備具備廣泛的材料適用性，能夠直接使用各種不同的材料進(jìn)行電池的一體化制造，無需對電池材料進(jìn)行特殊改性調(diào)整。通過創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，輕松實(shí)現(xiàn)10微米精度內(nèi)介尺度微觀有序多孔電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造，從而改善全固態(tài)電池的固固界面，并有效提升電池性能。

此外，該設(shè)備可以根據(jù)正負(fù)極材料的差異打印不同的電解質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)階梯化電解質(zhì)層的有效制造。這樣一來，不僅解決了全固態(tài)電池固固界面阻抗大的問題，還可以在電極層表面原位固化電解質(zhì)漿料，形成緊密結(jié)合的固固界面接觸和連續(xù)的離子傳輸路徑。

當(dāng)前，3D打印全固態(tài)電池的產(chǎn)品仍停留在實(shí)驗(yàn)及研究階段，在產(chǎn)業(yè)化方面仍存在巨大的挑戰(zhàn)。

1. 材料選擇：制造高性能的全固態(tài)電池需要選擇適合的固態(tài)電解質(zhì)和電極材料。目前可用的材料選擇相對有限，需要在電池性能和可打印性之間做出權(quán)衡。

2. 制造工藝：全固態(tài)電池的制造工藝比傳統(tǒng)電池更為復(fù)雜，需要特殊設(shè)備和嚴(yán)格的操作要求。當(dāng)前的3D打印技術(shù)仍需要進(jìn)一步發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)對全固態(tài)電池的精確和高效制造。

3. 安全性和穩(wěn)定性：作為一種電池技術(shù)，安全性和穩(wěn)定性是至關(guān)重要的方面。全固態(tài)電池的安全性能需要得到充分驗(yàn)證和保障。此外，全固態(tài)電池需要具備長時(shí)間的循環(huán)壽命和穩(wěn)定的性能，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

4. 成本和商業(yè)化推廣：當(dāng)前，3D打印全固態(tài)電池制造的成本相對較高，并且商業(yè)化推廣仍面臨一些挑戰(zhàn)。

針對以上問題，高能數(shù)造在近期推出了全新一代全固態(tài)電池3D打印智能制造小試線，突破性地將3D打印技術(shù)應(yīng)用于電池制造領(lǐng)域，為全固態(tài)電池的數(shù)字化智造提供創(chuàng)造性的工藝路徑與智能裝備解決方案，滿足不同規(guī)模電池材料快速驗(yàn)證測試需求和全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

通過聚焦電池材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研發(fā)需求，高能數(shù)造將電池制造過程中的多個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了智能化整合，實(shí)現(xiàn)了從漿料制備、電芯3D打印制備、極片輥壓、極耳焊接、電池封裝、到高精度模切的電池全流程一體化智能制造，并能夠?yàn)榭蛻籼峁┮绘I成品式全流程解決方案，模塊化設(shè)計(jì)，柔性化集成，可高效實(shí)現(xiàn)從制漿到電芯的高精度多材料一體化制造，節(jié)省大量調(diào)研及測試時(shí)間，實(shí)現(xiàn)輕量化快速生產(chǎn)。

【全固態(tài)】高能數(shù)造電池3D打印設(shè)備集成多噴頭系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池原位連續(xù)疊層制造；

【高精度】具備超高制造精度，可實(shí)現(xiàn)10微米精度；

【界面優(yōu)】支持3D結(jié)構(gòu)電極智造，為電極界面優(yōu)化提供有力保障；

【材料廣】具備廣泛的材料適配性，能夠使用不同體系電池材料實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)定制造；

【效率高】簡化制造流程，大大降低電池制造難度，為電池材料驗(yàn)證與小批量快速生產(chǎn)提供高效支撐。

高能數(shù)造(西安)技術(shù)有限公司是一家專注于新能源電池制造的公司，自2021年起正式涉足新能源電池3D打印領(lǐng)域。

作為全球新能源電池3D打印技術(shù)的前沿探索者和引領(lǐng)者，高能數(shù)造自主開發(fā)了漿料擠出層疊SEL增材制造技術(shù)，并成功推出了可根據(jù)用戶需求定制的電池專用3D打印機(jī)。這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率制造復(fù)雜形狀的電池，并擁有獨(dú)特設(shè)計(jì)的3D結(jié)構(gòu)。

作為國內(nèi)首家專注于3D打印電池設(shè)備并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的公司，高能數(shù)造致力于為新能源電池制造業(yè)提供更高效、智能化的解決方案。

高能數(shù)造在新能源電池3D打印領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新將推動電池制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展，為新能源電池產(chǎn)業(yè)提供更高效、更具創(chuàng)新性的解決方案。隨著新能源電池市場的不斷擴(kuò)大和需求的提升，高能數(shù)造將不斷提升自身技術(shù)實(shí)力，不斷完善產(chǎn)品性能，為全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。


信息來源：高能數(shù)造