新能源電池應(yīng)用場景的爆發(fā)推動了電池市場萬億規(guī)模的高速增長，也造就了鋰電裝備千億級的市場空間。但隨著對更高安全性、更高能量密度電池需求的日益增長，傳統(tǒng)涂布工藝與液態(tài)鋰離子電池體系逐漸迎來了挑戰(zhàn)，電池用戶也亟待更優(yōu)秀的材料、設(shè)計和制造工藝帶來新的突破。3D打印則被看作是新一代高性能電池顛覆性的制造工藝。

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國際上已有多家公司應(yīng)用3D打印技術(shù)制造出了動力電池。瑞士黑石集團(tuán)于去年宣布，已成功打印了首款固態(tài)電池并開始裝車；日本Sakuu公司于今年推出了大規(guī)模制造動力電池的工業(yè)級3D打印機(jī)。

高能數(shù)造是一家3D打印電池產(chǎn)業(yè)化公司，于2021年正式進(jìn)軍新能源電池3D打印領(lǐng)域，投身于電池制造工藝中。高能數(shù)造孵化于西安交通大學(xué)快速制造國家工程研究中心長春3D打印創(chuàng)新中心，成立僅一年多時間，目前已與一汽集團(tuán)、愛馳汽車、柳工股份、中科院大連化學(xué)物理研究所等單位的電池研制機(jī)構(gòu)展開合作，并產(chǎn)生營收。此前，高能數(shù)造已經(jīng)完成由科創(chuàng)航天基金投資的天使輪融資。

電池極片3D打印過程

高能數(shù)造創(chuàng)始人兼CEO王世明告訴36氪，如今的電極生產(chǎn)存在5-6個制造環(huán)節(jié)（涂布、烘烤、錕壓、分切、卷繞/疊片），生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、能耗高、占地面積大，且不具備柔性產(chǎn)能。電池工廠前期投入很大，并且只能生產(chǎn)液態(tài)電池，不能生產(chǎn)全固態(tài)電池，更無法生產(chǎn)異形電池。通過這樣的復(fù)雜工藝所制作的電池本身也存在很多亟待解決的痛點(diǎn)問題：一是安全性低，存在自燃風(fēng)險；二是能量密度低，用戶有續(xù)航焦慮；三是生產(chǎn)環(huán)節(jié)輔材需求大，浪費(fèi)大、能耗高，導(dǎo)致單電池成本高。

王世明表示，高能數(shù)造希望通過3D打印技術(shù)替代傳統(tǒng)的電池制造工藝，利用自主研發(fā)的3D打印設(shè)備及電池材料3D打印技術(shù)直接打印出電池需要的正負(fù)極片。

當(dāng)被問及技術(shù)優(yōu)勢時，王世明認(rèn)為，相較于傳統(tǒng)涂布工藝所生產(chǎn)的平面電極，電池3D打印工藝可以生產(chǎn)出傳統(tǒng)極片2-3倍厚度的3D結(jié)構(gòu)電極；安全性上，3D打印可以制造具有連續(xù)微孔結(jié)構(gòu)的立體電極，其內(nèi)部散熱效率高，可以有效降低自燃風(fēng)險；成本上，3D打印厚電極工藝可以減少隔膜、集流體等輔材的使用，以及更低的能耗和更少的浪費(fèi)，從而降低30%左右電池制造成本；輔材變少，也可以節(jié)省出更多的電池內(nèi)部空間來放置正負(fù)極材料，相當(dāng)于在不改變活性物質(zhì)配方情況下提高電池能量密度；產(chǎn)線投入上，相較于涂布工藝，電池3D打印工藝在同等產(chǎn)能條件下可以減少約40%的電池生產(chǎn)設(shè)備投入。

高效率多噴頭電池3D打印機(jī)

除了具備性能、安全、成本等優(yōu)勢以外，電池3D打印工藝依托其高精度、高設(shè)計自由度的優(yōu)勢，還可以用于制造超微型電池、異形電池和定制電池。同時，通過切換灌裝不同材料的打印噴頭，3D打印電池工藝可以實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的一體化制造。

多材料多結(jié)構(gòu)3D打印全固態(tài)電池

王世明提到，全固態(tài)電池作為下一代電池發(fā)展的主要趨勢，也是高能數(shù)造所關(guān)注的焦點(diǎn)之一。高能數(shù)造掌握著多種類電極材料的3D打印技術(shù)，并已成功推出多噴頭高效率3D打印設(shè)備。該設(shè)備一方面可以適配市面上所有的電極材料；另一方面，可以實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池從集流體、負(fù)極、電解質(zhì)、正極到集流體的創(chuàng)新設(shè)計與一體化制造，并可通過預(yù)先設(shè)計的三維電極結(jié)構(gòu)有效改善全固態(tài)電池固固界面接觸問題，從而為全球全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了一種有效可行的制造工藝。借助電池3D打印工藝，高能數(shù)造希望成為全固態(tài)電池制造標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)者。

高能數(shù)造3D打印設(shè)備產(chǎn)品

在產(chǎn)品上，除了已推出的兩代電池3D打印設(shè)備外，高能數(shù)造也于今年11月率先發(fā)布了3D打印電池品牌——拓?fù)涓吣埽洚a(chǎn)品系列覆蓋最大三維尺寸小于4毫米的超微型電池、異形電池、定制電池和全固態(tài)電池四類。據(jù)王世明介紹，這是全國首個3D打印電池品牌，高能數(shù)造目前可為用戶提供超薄、曲面、可折疊、仿形、直徑超過100毫米的圓形電池等各類電池產(chǎn)品的定制化生產(chǎn)。

高能數(shù)造定制化3D打印電池

在商業(yè)模式上，除提供電池產(chǎn)品定制以外，未來高能數(shù)造也會為全球擴(kuò)產(chǎn)擴(kuò)能的電池廠提供以3D打印為主要工藝的電池數(shù)字智造產(chǎn)線。

在創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)上，高能數(shù)造組成了包含電化學(xué)、新能源材料、增材制造、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等專業(yè)的復(fù)合型創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。公司創(chuàng)始人兼CEO王世明是原西安交大長春3D打印創(chuàng)新中心負(fù)責(zé)人、3D打印高級工程師；程康是公司首席設(shè)備技術(shù)官，曾任長春3D打印創(chuàng)新中心研發(fā)總監(jiān)；楊康是公司首席電池技術(shù)官，中山大學(xué)高分子化學(xué)與物理學(xué)博士，曾參與多項(xiàng)國家級新能源電池科研項(xiàng)目。目前公司共有15名員工。

關(guān)鍵詞： 制造工藝 能量密度 創(chuàng)新中心