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，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的關鍵方向,，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、技術等方面積極探索解決方案,。

3D打印技術作為一項顛覆性的制造技術,，已經(jīng)廣泛應用于各個領域。而在電池行業(yè),，3D打印技術也開始嶄露頭角,，為電池的制造和發(fā)展提供了新的機遇,。通過層層堆疊的方式，3D打印技術可將固態(tài)電池的各個部件精確制造出來,，從而實現(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打印技術能夠?qū)崿F(xiàn)最薄10μm以內(nèi)超薄電介質(zhì)薄膜及復合電極層制備,，為全固態(tài)電池界面優(yōu)化提供有效的結(jié)構(gòu)基礎,。

2. 制造效率高

傳統(tǒng)電池的制造過程通常需要多個工序和大量的人工操作，而通過3D打印技術,，可以一次性完成電池的制造,，從而大幅提高制造效率。該技術能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的內(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確，能快速制備雙面極片和極片/電解質(zhì)復合膜,。

4.個性化和定制化需求

3D打印技術允許根據(jù)用戶的需求進行個性化和定制化的設計與制造,。在電池領域中，這意味著可以根據(jù)不同設備或產(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)或應用場景,，例如醫(yī)療器械,、智能穿戴設備、航空航天等,，3D打印電池能夠滿足其獨特的需求,，開啟更多應用領域。

5.操作簡單

人機交互界面,，可支持網(wǎng)絡傳輸打印數(shù)據(jù),，實現(xiàn)在線打印，實時監(jiān)測和修改打印參數(shù),，實現(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)，但隨著技術的不斷完善,，相信能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效的材料利用,，進一步降低環(huán)境影響。

7. 新興應用領域的推動

3D打印電池的市場前景受到新興應用領域的推動,。隨著人們對便攜式電子設備,、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，具備高能量密度,、快充電速度和良好的安全性能等特點,，能夠滿足這些新興應用領域的需求，因此有著廣闊的市場前景,。

△高能數(shù)造自研3D打印電池設備

當下,，國內(nèi)外已有多家公司利用3D打印技術推動全固態(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,，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,，并取得多項自主知識產(chǎn)權的3D打印授權專利。

通過SEL增材制造技術和電池漿料專用3D打印電池數(shù)字制造裝備,，能夠低成本且快速的制造復雜形狀的電池和具有獨特設計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)電池的設計變成真實的電池產(chǎn)品,，實現(xiàn)更高性能電池的開發(fā)與制造,。

由高能數(shù)造自研的3D電池打印設備可在10μm級高精度和高設計自由度的條件下，實現(xiàn)全固態(tài)電池的一體化智能制造,。該設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行電池的一體化制造，無需對電池材料進行特殊改性調(diào)整,。通過創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設計,，輕松實現(xiàn)10微米精度內(nèi)介尺度微觀有序多孔電極結(jié)構(gòu)的設計與制造，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，該設備可以根據(jù)正負極材料的差異打印不同的電解質(zhì)層,，實現(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,。

當前，3D打印全固態(tài)電池的產(chǎn)品仍停留在實驗及研究階段,，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)電池更為復雜，需要特殊設備和嚴格的操作要求,。當前的3D打印技術仍需要進一步發(fā)展,，以實現(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,，安全性和穩(wěn)定性是至關重要的方面。全固態(tài)電池的安全性能需要得到充分驗證和保障,。此外,，全固態(tài)電池需要具備長時間的循環(huán)壽命和穩(wěn)定的性能，以滿足實際應用的需求,。

4. 成本和商業(yè)化推廣：當前,，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打印技術應用于電池制造領域,，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)設計研發(fā)需求,，高能數(shù)造將電池制造過程中的多個工藝節(jié)點進行了智能化整合,，實現(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,，并能夠為客戶提供一鍵成品式全流程解決方案，模塊化設計,，柔性化集成,，可高效實現(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)研及測試時間，實現(xiàn)輕量化快速生產(chǎn),。

【全固態(tài)】高能數(shù)造電池3D打印設備集成多噴頭系統(tǒng),，可實現(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打印領域,。

作為全球新能源電池3D打印技術的前沿探索者和引領者，高能數(shù)造自主開發(fā)了漿料擠出層疊SEL增材制造技術,，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,。這項技術實現(xiàn)了低成本、高效率制造復雜形狀的電池,，并擁有獨特設計的3D結(jié)構(gòu),。

作為國內(nèi)首家專注于3D打印電池設備并實現(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打印領域的技術創(chuàng)新將推動電池制造工藝的進一步發(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大和需求的提升，高能數(shù)造將不斷提升自身技術實力,，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。


信息來源：高能數(shù)造