2023年7月15日，第一届电池3D打印大会在深圳大学举行。这场由南极熊3D打印网、深圳大学增材制造研究所联合发起的研讨会，引起大量专业人士的关注，现场汇聚来自全国各地的100多位3D打印、大学、新能源、投资等领域的嘉宾，进行了一场轻松而又充满干货的交流。这是国内首次公开的电池3D打印交流活动。
随着电动汽车、消费电子、工业储能、移动设备以及智能穿戴等领域的蓬勃发展，对新能源电池的续航、快充、寿命及安全性等提出了越来越高的要求。以“涂布薄电极+叠层/卷绕”为核心特征的电池构型是目前新能源电池的主流技术路线。然而，受锂离子扩散动力学限制，在现有电池构型中，集流体上涂覆的活性材料厚度不超过100 μm，其面临的“能量密度与功率密度的矛盾”是影响电池性能的关键。随着3D打印技术的发展，通过3D打印赋能电池结构创新、形状/尺寸定制化、电池柔性化，为新能源电池的发展带来了新的机遇和可能性。
△汽车电池3D打印生产车间（图源Blackstone） △3D打印固态电池（图源Blackstone）
随着国内新能源产业的快速发展，诞生了比亚迪、宁德时代为代表的世界级电池领军企业，在“涂布薄电极+叠层/卷绕”构型基础上，进行电池结构创新，研发了“刀片电池”、“麒麟电池”等业界领先的电池技术。然而，国内目前在新能源电池3D打印领域，尚处于起步阶段，未出现具备规模化量产前景的电池3D打印技术及相应的电池产品。
新能源电池，使用3D打印技术来生产制造，有什么的独特优势？有什么技术难点？什么样的技术工艺才能适应真正的电池大批量生产制造？
△大会主持人是南极熊3D打印网主编 黎海雄
主持人向大家介绍了本场大会的发起渊源：
“前段时间来和深圳大学增材制造研究所的老师聊天，不经意间得知，我认识了十年的深圳大学刘长勇副教授，做了不少3D打印电池的研究，也发表了不少论文，是国内从事这方面研究的学者当中，论文发布最多之一。
由于我们南极熊一直在关注电池3D打印这个技术应用方向的进展，但是国内很少有人做，那我们能不能发起一场会议，来讨论、来交流，来交个朋友呢？这样说不定可以推动这方面的发展进程。
就是一个这么简单的冲动，我们南极熊就和深圳大学增材制造研究所策划了今天这个活动。
我相信今天来的这么多朋友，心里面都是带着“怎么样3D打印电池？”这个疑问的，一冲动就报名来参加了。这里的朋友，做的领域主要包括3D打印、投资机构、新能源电池等。
今天主讲的嘉宾包括深圳大学增材制造研究所所长 教授 陈张伟，深圳大学副教授——刘长勇，清华大学深圳国际研究生院副教授——曹译丹，高能数造联合创始人、CTO杨康，本来还想邀请电池厂商的3D打印部门负责人，不过由于技术秘密问题而不宜上台演讲。”
△深圳大学增材制造研究所所长、教授 陈张伟
深圳大学增材制造研究所所长、教授 陈张伟，主要从事陶瓷3D打印研究，对本次大会做了致辞。
3D打印锂离子电池发展现状及未来趋势
△深圳大学副教授 刘长勇
深圳大学副教授 刘长勇做了“3D打印锂离子电池发展现状及未来趋势”的报告。部分演讲内容摘录：
刘长勇认为，
“3D打印可以这样赋能电池制造：
- 3D打印赋能电极结构/电池构型创新
- 3D打印促进电池原型快速研发
- 3D打印个性化/异形电池快速制造
- 面向智能穿戴的3D打印柔性电池制造
- 3D打印赋能结构/电池/电路曲面共形设计
“如果最大化去利用空间，那么是要做一个异形的个性化，如果说我很可以很快速做这样一个电池，可以让你的产品能够获得最大的能量，续航能力更好。你要做到形状、结构、尺寸都可以定制化的电池，怎么能够用3D打印来做这个事情，这个也是做增材制造的朋友可以去考虑事情。”
“很多军工上的产品，尤其是飞机，它前面是一个雷达天线罩，要在一个曲面上要把结构件、电路、天线很多东西都要集成，如果可以做到这种结构电池电路，全面都是曲面共形这种设计的话，将是非常有潜力的一种技术，当然这个是很难解决的，我以前也想过这个问题，但是并没有很好的方案。”
“蓝牙耳机里面的空间是异形的，在异形面做一个填充效率最高的电池，就很有价值。”
“3D打印电池做原型验证，然后到批量化的时候还是传统工艺，批量化的时候它又存在制造问题。实际上我们现在3D打印电池，没办法反映任何传统工艺制造中存在的问题，开发一个新品种的电池，它存在的制造问题仍然要解决一遍，这点会阻碍厂商去用3D打印技术来制造电池。”
“可以用3D打印技术来做电极的结构创新，或者叫电池的构型创新。以往的时候电极很薄，要用大量的铝箔铜箔集流体。如果让电量有效载荷比例变大，那么就可以提高能量密度。但是它做厚了之后，实际上锂离子扩展很慢，半天走不出来，来不及，所以可以把电极创新一下。比如说在里面修一个通道，然后电子离子可以很快从通道里面过去，或者说把叠在一起的构型，通过交叉，让电极离子横向扩散，就不需要跑那么远了，只需要在附近跑就行了。”
下一代高能量密度锂电池设计与探索
△清华大学深圳国际研究生院副教授 曹译丹
清华大学深圳国际研究生院副教授 曹译丹做了“下一代高能量密度锂电池设计与探索”主题报告，从比较偏基础的应用基础研究——电池材料的设计，来提升能量密度。部分演讲内容摘录：
“锂离子电池，现在已经在很多领域有了非常广泛的应用，除了我们非常熟悉的手机和笔记本电脑之外，其实在很多的医疗器械或者说大型储能领域也在使用。但是现在锂离子电池整个的使用寿命，还有能量密度、比容量，快充的性能，安全的电池结构设计，仍然困扰着产业界。”
“现在很多人都在做硅的负极。因为相比于现在商用的锂离子电池里面所用的石墨负极而言，硅的比容量是石墨负极的10倍，但是它又有相应的一系列问题，包括在使用的过程当中，这个材料非常的不稳定。另外一个比较有前景的或者说备受关注的电极材料，是锂金属，我们都知道它在化学元素周期表里，在一个非常靠前的位置，是一个非常活泼的金属，这也就为它带来了一系列的问题，这种高反应活性让它在电池使用的过程当中非常容易产生一系列电解液的副反应，导致它不稳定，然后产生体积膨胀，容易产生粉化这样一系列的问题，导致电池的失效以及安全一些问题。”
“现阶段我们所使用的电池材料体系多少是基于石墨为负极，正极所使用的材料，包括三元的氧化物，还有磷酸铁锂。整体的能量密度都在300瓦时每千克以下，我们下一代对于高能量密度电池的需求，需要它能够达到300瓦时甚至400、500瓦时每千克这样的目标。”
电池制造工艺的颠覆与创新——3D打印为高性能电池的设计制造插上腾飞的翅膀
△高能数造联合创始人、CTO杨康博士
高能数造作为国内鲜有的主营3D打印电池的公司，其联合创始人、CTO杨康博士，为观众带来了“电池制造工艺的颠覆与创新——3D打印为高性能电池的设计制造插上腾飞的翅膀”，并现场展示了3D打印的电池。
△高能数造3D打印电池
“3D打印的固态电池，剪开它也是安全性比较高的，能不会短路起火。我们最薄可做到300~400微米一个电池。”
“美国SAKUU的3D打印电池，据说已经准备交付了，其工艺路线似乎是丝网印刷的。丝网印刷我们自己也试了一下，单层一致性也做不好，另外它对丝网的工艺要求也比较高，我们自己做的时候发现它粘附浆料，然后会导致极片的一致性变差。叠层涂覆的时候也会有问题，他们可能在这些方面有一些比较好的技术积累，非常推崇3d打印，对于形状结构这些可能设计更加自由，能够去变相的提升用电器的续航。”
“把电极做厚是比较难的，我们能够利用3D打印工艺去做电极，然后在内部设计一些孔道结构，方便电解液的浸润，离子传输就会比较好。”
“跟我们有接触的做3C消费电子的厂商，也在尝试做快速的充放，这个在电极的正负极里面都会有应用。”
“我们主要推的是利用3D打印的工艺去做全固态电池，主要问题集中在界面上，所以我们首先想到的就是利用3D打印技术去设计电解质和电极的界面结构，能够去增大两者之间的接触。”
“高能量密度电池，就是把一些没有化学活性的部分质量降到最低，所以我们就争取把定制隔膜做最薄，利用我们现在的3D打印机，最薄可以做到7微米，然后也能做的比较厚，19微米、20微米也可以。”
“原位固化就是用3D打印去做电极与电解质的原位固化，是传统的固态电池工业解决不了的，就是说能够用原位固化的方式去改善两者之间的界面，让他们两者之间的界面接触得非常好。”
“我们现在的3D打印电池，不但性能达标，在某些情况下，生产成本已经比传统工艺低30%。”
开放式交流：电池3D打印的未来
主题报告完毕后，进入了开放式交流环节，在南极熊的主持下，现场与会人员就很多核心问题进行了轻松自由的交流。
交流的问题包括：
- 新能源电池的制造有什么痛点？有哪些是3D打印适合应用的？
- 投资机构如何看待电池3D打印这个新兴领域
- 什么样的技术路线能达标质量要求？
- 什么样的技术路线可以达到批量化生产要求？
- 产业化应用，有哪些技术难点？
- 量产达标，各个路线怎么控制，达到量产/成本/效率的平衡？
这是一场非常具有前瞻性的大会。让南极熊印象深刻的是，来参加会议的多数嘉宾，全程都在非常认真得聆听；由于干货内容信息量大，甚至还有不少人做了好几页的笔记，都希望可以更早地看见新能源电池产业结合3D打印技术的未来。
南极熊希望，可以通过本次大会，启发一部分人去关注、去研究、甚至去从事电池3D打印的相关工作，结合新能源这个万亿级市场的大领域，做出突破。
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