3D打印动力电池是否会成为能源转型的下一个出口？

来源：澎湃新闻


3D打印技术是否可以打印电动汽车电池？新技术的运用会为新能源时代带来哪些转变或颠覆？

目前，世界上不少公司正尝试开发3D打印电池，并期望将其推向市场。尽管3D打印能源设备这一市场仍处于发展早期阶段，目前已有一些公司正试图将相关技术商业化。例如，瑞士投资公司黑石资源(Blackstone Resources)目标在2025年之前将一种新的3D打印钠离子电池推向市场。固态电池技术开发商Sakuu Corporation (前身为KeraCel Inc.)也打算在2023年推出高性能3D打印电池。此前，该公司透露其第一代非打印锂金属电池达到了800Wh/L的能量密度（即每升锂离子电池电解液中存有800瓦时能量），这将有助于该公司未来实现全3D打印高性能固态电池。

△Sakuu固态电池，图片来自Sakuu Corporation

英国3D打印机制造商Photocentric也加入了前述行列。该公司成立了一个专门的电池研发部门，以设计含有3D打印电池电极的节能存储设备，并计划利用其技术，为特斯拉日后的Giga工厂生产经济型燃料电池。

根据研究机构Strategic Market Research，预计在2020年至2030年内，3D打印电池市场将以19.53%的复合年均增长率速度扩张。能源存储需求的持续增长、可穿戴设备和物联网(IoT)传感器等发展正在推动3D打印电池市场的增长。具体来说，对节能电池需求的不断增长是推动该市场增长的主要因素。国际可再生能源机构(IRENA)表示，世界需要大约150千兆瓦的电池存储量，才能满足到2030年实现将近45%可再生能源发电量的理想目标。

在3D打印电池市场的终端用户方面，“能源存储设备”部分占据了较大市场份额。能量存储设备可以广泛应用于不同领域，如笔记本电脑、手机和电动汽车。2021年全球电动汽车销量约为675万辆，2022年销量约为950万辆，与2020年相比增长了108%。

随着电动汽车行业的快速发展，锂离子电池依旧是该行业中不可或缺的部分。美国在2022年第一季度进口了超过14万吨锂离子电池，比上个季度增长了153.9%。在该季度中，美国进口的锂离子电池77.5%均来自于中国。因此，美国企业也开始探索3D打印电池技术，进一步减少对进口材料的依赖。

△来自6K公司

今年5月，美国3D打印材料开发商6K在D轮融资中成功融资1.02亿美元，以扩大3D打印金属粉末和锂电池阴极材料的生产能力，从而应对锂离子电池市场需求的快速增长。

6K公司首席执行官Aaron Bent表示，“由于电动汽车的增长，以及电信备份、数据中心和发电厂等关键基础设施的需求，锂离子电池市场将在未来10年增长10倍。”

△UniMelt等离子技术系统内部图片，图片来自6K公司

美国6K公司的产品主要围绕其特有的UniMelt等离子技术。在材料的生产过程中，该工艺能够将回收的原料转制成3D打印金属粉末，有效地替代了气雾化或等离子体雾化的传统工艺。该公司表示其工艺可以提高可持续性及生产效率，并降低成本。

在6K能源部门于2021年4月成立卓越中心后，前述技术被用于开发锂离子电池材料。借助其等离子技术，该公司表示可以直接控制金属粉末的物理和化学颗粒性质，帮助设计出更经济的电动汽车电池组。

为此，6K曾筹集5100万美元用于研发电池材料，并收购特种冶金产品公司，以及与锂矿巨头美国雅宝公司(Albemarle)合作开发电池。今年8月，6K将耗资3000万美金建立电池卓越中心，推进第一个产能规划为10至20千兆瓦时的电池阴极工厂，并于2024年初投产。

“这项创新技术将有助于实现能源转型和电池价值链的优化。”科赫投资集团旗下子公司科赫战略平台(KSP)总经理Jeremy Bezdek认为，6K公司创造了一种变革性的电池材料生产和回收生态系统，提供了一种能够使用各类化学物质进行全面生产的通用技术。

但总的来说，3D打印能源设备的市场发展还处于早期阶段。

在国内方面，长春交大高能科技有限公司也是全球首批进行3D打印电池技术的产业化企业之一。据悉，该公司拥有自主研发的3D打印电池技术和基于3D打印技术的数字智造解决方案，以通过3D打印来革新电池正负极制造环节。2021年12月，交大高能获得“一种用于复合材料的锂离子电池正极3D打印设备”的专利授权。