未来电池的增材制造：3D打印会改变电池制造吗？
未知大陆发表于 2023-01-31浏览量：评论数：
锂电池是电动汽车、手机、可穿戴电子产品、能源存储的核心，为我们日益数字化和无绳化的生活提供动力。难怪他们都是大生意。然而，如果消费者想重拾对主要锂电池产品的信心，电池在损坏时容易着火的问题就必须得到解决，至少在几个被广泛报道的例子中是这样。
为此，不乏寻求解决锂离子电池障碍的电池制造初创企业，特别是用创新的固态方法取代这些产品的挥发性液态核心。 三个电池初创公司表示，使用3D打印制造电池（也称为增材制造）不仅可以解决安全问题，还可以提供能量密度更高、充电速度更快的电池，这些电池比目前可用的电池更小、更轻、生产成本更低 。
为电池引入设计自由
Sakuú 是一家加州初创公司，希望将3D打印的主要优势带入电池市场，计划今年开设其第一家全面生产工厂。
该公司表示，其 Swift Print 电池可以制造成任何形状或尺寸，甚至可以根据公司专有的3D打印机进行定制。 传统制造方法无法实现的复杂形状是3D打印的优势，它还可以实现生产灵活性和速度，因为无需等待生产模具或制造工具。
Sakuú 表示，锂离子电池将不再局限于矩形、圆柱形或袋状，而是可以集成到产品中，使设计人员能够围绕他们的创新设计电池，而不是设计它们以适应标准电池形状。
该公司表示，名为 Kavian 的 Sakuú 3D打印机在同一层使用金属、陶瓷、玻璃和聚合物来生产固态电池，比现在的方法更快、更便宜、更轻。 尽管电池3D打印机的具体细节尚未公开，但 Kavian 平台使用了不止一种3D打印技术，与传统的卷对卷电池制造工艺相比，步骤数量减少了一半。
Swift Print 电池技术包括粘合剂喷射（金属或聚合物粉末与流体逐层粘合在一起）、金属材料喷射（熔融或金属浆液逐层沉积和硬化），并依赖于集成 在各层堆叠在一起之前进行人工智能质量控制和检查。
与当今锂电池的制造方式相比，Sakuú 表示，其 Kavian 平台可以将制造成本削减 33%，工厂规模缩小 44%。
3D打印电池更可持续吗？
除了形状和尺寸的自由度之外，3D打印还可以让制造商节省原材料，例如稀土矿物锂、钴和锰，并减少或消除溶剂的使用。
3D打印被称为“增材”技术而不是“减材”技术，因为添加材料来制造产品，几乎不会产生浪费。 特别是在基于粉末的增材制造中，剩余的材料会被回收并用于下一次打印。
3D打印电池初创公司 Blackstone Technology 表示，其方法比传统方法更具可持续性，因为它不仅可以在制造过程中节省电池金属，而且该过程的能源消耗将减少 25%。
Blackstone 在产品成熟度方面比 Sakuú 更进一步，已于 2021 年打印出其首款功能性电池。其技术称为厚层技术，与 Sakuú 截然不同，它依赖于3D丝网印刷方法。 该公司表示，该技术将比传统电池制造便宜30%，并且可用于液态电解质和固态电池。
3D丝网印刷使用金属浆料和粘合剂在丝网印刷过程中通过计算机生成的掩模压制，然后进行硬化步骤。 重复逐层打印，直到完成几乎任何形状的零件。
“固态电池的制造为能量密度的飞跃提供了潜力，并将显着降低电池技术的成本，”Blackstone 说。 该公司正在与大众汽车就将其电池整合到该汽车制造商的电动汽车中进行谈判。
除了在其德国工厂生产电池外，Blackstone 还将从其所谓的道德资源中开采和采购自己的材料。 该公司投资稀土采矿业务，例如加拿大的 Electra Battery Materials，并在挪威持有许可证，可以申请多种稀土金属的开采许可证。
供应链弹性能源技术
如今，对稀土金属（主要来自中国）供应量减少的依赖是电池制造的一个重大障碍。 公司和国家/地区正在寻求恢复电池生产，以消除潜在的供应链中断并确保能源独立。 几乎所有汽车制造国都在采取措施在国内生产电动汽车电池。
例如在英国，3D打印公司 Photocentric 自 2020 年以来已获得数百万政府投资，用于开发新型工业3D打印机，以制造用于电动汽车的固态电池。 Photocentric 的技术仍处于研发阶段，与 Sakuú 或 Blackstone 的不同，它基于使用光聚合物的树脂3D打印。
到目前为止，Photocentric 已将聚合物电解质粘合剂以及阳极和阴极粉末开发成可印刷的光聚合物树脂。 其正在申请专利的方法有望为英国市场低成本大规模生产轻型电池。
随着世界各地的公司争先恐后地开发和建立更好的电池制造，所有的选择都摆在桌面上。 目标不仅是解决当前的安全问题，而且还满足国内制造、确保材料采购和促进可持续性的需求。
尽管向成熟行业引入新的制造方法是一项挑战，但在未来几年，3D打印可能会通过提供制造灵活性、大规模定制、更环保的材料和更快的上市速度来超越传统方法。
