3D打印如何“颠覆”固态电池制造

全固态电池作为一种新型电池技术，具备多样的优势。相比传统的液态电池，全固态电池采用固态电解质，能够有效避免液体电解质泄漏和发生燃烧爆炸等危险情况。其次，全固态电池具备更高的能量密度和更长的使用寿命。

作为下一代电池技术的关键方向，全固态电池一直面临着制造难度大、成本高等问题，目前仍停留待产业化阶段。因此，各大电池制造厂商从材料、技术等方面积极探索解决方案。

3D打印技术作为一项颠覆性的制造技术，已经广泛应用于各个领域。而在电池行业，3D打印技术也开始崭露头角，为电池的制造和发展提供了新的机遇。通过层层堆叠的方式，3D打印技术可将固态电池的各个部件精确制造出来，从而实现快速、灵活的生产。

与传统电池相比，3D打印全固态电池具有以下显著优势：

1.电极精度高

借助微米级制造控制能力，电池3D打印技术能够实现最薄10μm以内超薄电介质薄膜及复合电极层制备，为全固态电池界面优化提供有效的结构基础。

2. 制造效率高

传统电池的制造过程通常需要多个工序和大量的人工操作，而通过3D打印技术，可以一次性完成电池的制造，从而大幅提高制造效率。该技术能够实现复杂的内部结构和精确的尺寸控制，为电池的制造提供了更大的灵活性和精度。

3. 稳定性高

通过3D打印的单个样品及同批次样品均匀性好，一致性高，制得的极片或电芯性能稳定，且正反面打印定位准确，能快速制备双面极片和极片/电解质复合膜。

4.个性化和定制化需求

3D打印技术允许根据用户的需求进行个性化和定制化的设计与制造。在电池领域中，这意味着可以根据不同设备或产品的特定要求，定制电池的形状、尺寸和性能等。对于一些特殊行业或应用场景，例如医疗器械、智能穿戴设备、航空航天等，3D打印电池能够满足其独特的需求，开启更多应用领域。

5.操作简单

人机交互界面，可支持网络传输打印数据，实现在线打印，实时监测和修改打印参数，实现一键式打印电芯。

6. 节能环保和可持续发展

3D打印电池所需的原材料相对较少，制造过程中减少了大量废料和耗能，相比传统电池制造具有较低的能耗和碳排放。此外，尽管目前3D打印电池在材料利用率方面仍面临挑战，但随着技术的不断完善，相信能够实现更加高效的材料利用，进一步降低环境影响。

7. 新兴应用领域的推动

3D打印电池的市场前景受到新兴应用领域的推动。随着人们对便携式电子设备、智能家居、电动车和可再生能源等需求的不断增加，对于电池续航能力和性能要求也越来越高。3D打印电池作为一种新型电池技术，具备高能量密度、快充电速度和良好的安全性能等特点，能够满足这些新兴应用领域的需求，因此有着广阔的市场前景。

△高能数造自研3D打印电池设备

当下，国内外已有多家公司利用3D打印技术推动全固态电池的发展。来自本土的高能数造是国内较早聚焦并推出3D打印电池设备的产业化公司，依托其自主研发的电池3D打印技术，已推出三代电池3D打印专用装备。

针对新能源电池研发制造的专业需求，高能数造自主研发了浆料挤出层叠（SEL）3D打印技术，并取得多项自主知识产权的3D打印授权专利。

通过SEL增材制造技术和电池浆料专用3D打印电池数字制造装备，能够低成本且快速的制造复杂形状的电池和具有独特设计3D结构的电池，从而支撑将微孔厚电极、微型电池和全固态电池的设计变成真实的电池产品，实现更高性能电池的开发与制造。

由高能数造自研的3D电池打印设备可在10μm级高精度和高设计自由度的条件下，实现全固态电池的一体化智能制造。该设备具备广泛的材料适用性，能够直接使用各种不同的材料进行电池的一体化制造，无需对电池材料进行特殊改性调整。通过创新的结构设计，轻松实现10微米精度内介尺度微观有序多孔电极结构的设计与制造，从而改善全固态电池的固固界面，并有效提升电池性能。

此外，该设备可以根据正负极材料的差异打印不同的电解质层，实现阶梯化电解质层的有效制造。这样一来，不仅解决了全固态电池固固界面阻抗大的问题，还可以在电极层表面原位固化电解质浆料，形成紧密结合的固固界面接触和连续的离子传输路径。

当前，3D打印全固态电池的产品仍停留在实验及研究阶段，在产业化方面仍存在巨大的挑战。

1. 材料选择：制造高性能的全固态电池需要选择适合的固态电解质和电极材料。目前可用的材料选择相对有限，需要在电池性能和可打印性之间做出权衡。

2. 制造工艺：全固态电池的制造工艺比传统电池更为复杂，需要特殊设备和严格的操作要求。当前的3D打印技术仍需要进一步发展，以实现对全固态电池的精确和高效制造。

3. 安全性和稳定性：作为一种电池技术，安全性和稳定性是至关重要的方面。全固态电池的安全性能需要得到充分验证和保障。此外，全固态电池需要具备长时间的循环寿命和稳定的性能，以满足实际应用的需求。

4. 成本和商业化推广：当前，3D打印全固态电池制造的成本相对较高，并且商业化推广仍面临一些挑战。

针对以上问题，高能数造在近期推出了全新一代全固态电池3D打印智能制造小试线，突破性地将3D打印技术应用于电池制造领域，为全固态电池的数字化智造提供创造性的工艺路径与智能装备解决方案，满足不同规模电池材料快速验证测试需求和全固态电池的产业化生产。

通过聚焦电池材料与结构设计研发需求，高能数造将电池制造过程中的多个工艺节点进行了智能化整合，实现了从浆料制备、电芯3D打印制备、极片辊压、极耳焊接、电池封装、到高精度模切的电池全流程一体化智能制造，并能够为客户提供一键成品式全流程解决方案，模块化设计，柔性化集成，可高效实现从制浆到电芯的高精度多材料一体化制造，节省大量调研及测试时间，实现轻量化快速生产。

【全固态】高能数造电池3D打印设备集成多喷头系统，可实现全固态电池原位连续叠层制造；

【高精度】具备超高制造精度，可实现10微米精度；

【界面优】支持3D结构电极智造，为电极界面优化提供有力保障；

【材料广】具备广泛的材料适配性，能够使用不同体系电池材料实现高精度稳定制造；

【效率高】简化制造流程，大大降低电池制造难度，为电池材料验证与小批量快速生产提供高效支撑。

高能数造(西安)技术有限公司是一家专注于新能源电池制造的公司，自2021年起正式涉足新能源电池3D打印领域。

作为全球新能源电池3D打印技术的前沿探索者和引领者，高能数造自主开发了浆料挤出层叠SEL增材制造技术，并成功推出了可根据用户需求定制的电池专用3D打印机。这项技术实现了低成本、高效率制造复杂形状的电池，并拥有独特设计的3D结构。

作为国内首家专注于3D打印电池设备并实现产业化的公司，高能数造致力于为新能源电池制造业提供更高效、智能化的解决方案。

高能数造在新能源电池3D打印领域的技术创新将推动电池制造工艺的进一步发展，为新能源电池产业提供更高效、更具创新性的解决方案。随着新能源电池市场的不断扩大和需求的提升，高能数造将不断提升自身技术实力，不断完善产品性能，为全球能源转型和可持续发展作出更大的贡献。


信息来源：高能数造