可实现10μm级高精度全固态电池一体化智造，高能数造发布新一代电池3D打印机

来源：科学中国&高能数造

未来的十年,电池工业将经历一场革命性变革,目前的技术格局将会发生改变。在这场变革中,固态电池被视为备受瞩目的技术方向。在2022年7月21日举办的世界动力电池大会上,中国科学院院士欧阳明高指出,从技术角度来看,固态电池是最值得重视的技术之一,预计在2035年之前,将能够规模生产能量密度为500Wh/kg的下一代电池。

△3D打印固态电解质结构过程示意图(Materials Today, Sun Xueliang et al.)

然而,由于各种原因,制造固态电池一直存在一定的难度,迄今为止尚未真正投入生产。但是,随着3D打印技术的发展,它有望改变这种状况,帮助生产下一代电池,并推向市场。因此,3D打印固态电池有望成为未来电池产业的下一个风口。

3D打印电池的市场前景十分广阔,其应用不仅局限于电动汽车,还包括手机、可穿戴设备等众多领域。然而,在实现真正的规模生产和具备商业竞争力之前,仍需要克服一些挑战。其中,更高精度和多材料一体化打印技术是3D打印电池走向批量制造需要解决的主要问题。

经过多年的发展,无论是设备还是材料,已有多家公司从实验室走向生产车间,将3D打印电池推向市场。在国外,像美国Sakuu Corporation、德国Blackstone Technology、美国6K、英国photocentric等公司已经开始进军这个领域。而在国内,也有像高能数造(西安)技术有限公司这样的企业在积极探索3D打印电池技术的应用。

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,于2021年正式进入新能源电池3D打印领域。作为全球新能源电池3D打印技术的先行者和创导者,高能数造在西安交通大学快速制造国家工程研究中心长春3D打印创新中心孵化而成。公司自主研发了浆料挤出层叠SEL增材制造技术,并推出了可根据用户需求定制的电池专用3D打印机。这一技术实现了低成本且快速的制造复杂形状的电池,同时具有独特设计的3D结构。作为国内首家聚焦并推出3D打印电池设备的产业化公司,高能数造致力于为新能源电池制造业提供更加高效、智能化的解决方案。

△高能数造3D打印的具有高安全性,常温常压下有优秀性能的全固态电池样品

近日,高能数造推出了一款全新一代的电池3D打印设备,可实现10μm级高精度、高设计自由度的全固态电池一体化智造。这款设备具有广泛的材料适配性,无需特殊改性调整即可直接使用不同材料实现电池的一体化制造。此外,设备还可以通过创新的结构设计改善全固态电池的固固界面,有效提升电池性能。该设备针对不同的正负极材料,可以打印不同的电解质层,实现阶梯化电解质层的有效制造,从而解决了全固态电池固固界面阻抗大的问题。此外,设备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。这款设备的问世将推动全固态电池实现产业化制造,为电动汽车、电动航空、智能穿戴设备等领域提供更优质的电池产品。

△高能数造 TOP.E M20 全固态电池3D打印机

超高打印精度

TOP.E M20具备10μm级超高制造精度，配合智能集成的微米级激光传感器与自动调平系统，可实现复杂结构电极层与电解质层高精度打印的同时保证各电池内部各层级间整体制造高度一致性与稳定性。

借助高精度制造优势，TOP.E M20不仅能够轻松实现10μm层厚电解质薄膜的高效率打印制造，同时还能使用正负极材料快速打印制造出具有连续微通道后微孔结构的特殊厚电极，为电池性能的提升提供了更加广阔的想象空间。

TOP.E M20具备了广阔的模块定制化空间，在加装定制化的刮板模块后，更可配合高精度刮涂工艺实现不同结构电极的快速制造。

多材料一体化制造

TOP.E M20采用多材料切换系统，可自动化实现全固态电芯的一体化制造。配合智能化集成的温控平台让具有独特设计的全固态电池制造在举手间便可轻松实现。

同时，TOP.E M20集成的多材料打印系统能够实现电解质层和电极层的阶梯化设计，通过自动化的材料切换装置，可以一体化地叠层打印不同配方、不同功能特点的电池材料，让电池的材料使用更精准，结构更精细，性能更优异。

创新的全固态电池界面优化方案

不仅如此，TOP.EM20突破性的一体化制造工艺更实现了全固态电池原位固态化的连续叠层制造，为全固态电池的固固界面优化提供了独具创新性的解决方案，让多种独特结构的全固态电池制造在方寸间触手可及。