可實(shí)現(xiàn)10μm級(jí)高精度全固態(tài)電池一體化智造，高能數(shù)造發(fā)布新一代電池3D打印機(jī)

來源：科學(xué)中國&高能數(shù)造

未來的十年,電池工業(yè)將經(jīng)歷一場革命性變革,目前的技術(shù)格局將會(huì)發(fā)生改變。在這場變革中,固態(tài)電池被視為備受矚目的技術(shù)方向。在2022年7月21日舉辦的世界動(dòng)力電池大會(huì)上,中國科學(xué)院院士歐陽明高指出,從技術(shù)角度來看,固態(tài)電池是最值得重視的技術(shù)之一,預(yù)計(jì)在2035年之前,將能夠規(guī)模生產(chǎn)能量密度為500Wh/kg的下一代電池。

△3D打印固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)過程示意圖(Materials Today, Sun Xueliang et al.)

然而,由于各種原因,制造固態(tài)電池一直存在一定的難度,迄今為止尚未真正投入生產(chǎn)。但是,隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展,它有望改變這種狀況,幫助生產(chǎn)下一代電池,并推向市場。因此,3D打印固態(tài)電池有望成為未來電池產(chǎn)業(yè)的下一個(gè)風(fēng)口。

3D打印電池的市場前景十分廣闊,其應(yīng)用不僅局限于電動(dòng)汽車,還包括手機(jī)、可穿戴設(shè)備等眾多領(lǐng)域。然而,在實(shí)現(xiàn)真正的規(guī)模生產(chǎn)和具備商業(yè)競爭力之前,仍需要克服一些挑戰(zhàn)。其中,更高精度和多材料一體化打印技術(shù)是3D打印電池走向批量制造需要解決的主要問題。

經(jīng)過多年的發(fā)展,無論是設(shè)備還是材料,已有多家公司從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)車間,將3D打印電池推向市場。在國外,像美國Sakuu Corporation、德國Blackstone Technology、美國6K、英國photocentric等公司已經(jīng)開始進(jìn)軍這個(gè)領(lǐng)域。而在國內(nèi),也有像高能數(shù)造(西安)技術(shù)有限公司這樣的企業(yè)在積極探索3D打印電池技術(shù)的應(yīng)用。

高能數(shù)造(西安)技術(shù)有限公司是一家專注于新能源電池制造的公司,于2021年正式進(jìn)入新能源電池3D打印領(lǐng)域。作為全球新能源電池3D打印技術(shù)的先行者和創(chuàng)導(dǎo)者,高能數(shù)造在西安交通大學(xué)快速制造國家工程研究中心長春3D打印創(chuàng)新中心孵化而成。公司自主研發(fā)了漿料擠出層疊SEL增材制造技術(shù),并推出了可根據(jù)用戶需求定制的電池專用3D打印機(jī)。這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低成本且快速的制造復(fù)雜形狀的電池,同時(shí)具有獨(dú)特設(shè)計(jì)的3D結(jié)構(gòu)。作為國內(nèi)首家聚焦并推出3D打印電池設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化公司,高能數(shù)造致力于為新能源電池制造業(yè)提供更加高效、智能化的解決方案。

△高能數(shù)造3D打印的具有高安全性,常溫常壓下有優(yōu)秀性能的全固態(tài)電池樣品

近日,高能數(shù)造推出了一款全新一代的電池3D打印設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)10μm級(jí)高精度、高設(shè)計(jì)自由度的全固態(tài)電池一體化智造。這款設(shè)備具有廣泛的材料適配性,無需特殊改性調(diào)整即可直接使用不同材料實(shí)現(xiàn)電池的一體化制造。此外,設(shè)備還可以通過創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改善全固態(tài)電池的固固界面,有效提升電池性能。該設(shè)備針對(duì)不同的正負(fù)極材料,可以打印不同的電解質(zhì)層,實(shí)現(xiàn)階梯化電解質(zhì)層的有效制造,從而解決了全固態(tài)電池固固界面阻抗大的問題。此外,設(shè)備還可以在電極層表面原位固化電解質(zhì)漿料,形成緊密結(jié)合的固固界面接觸和連續(xù)的離子傳輸路徑。這款設(shè)備的問世將推動(dòng)全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化制造,為電動(dòng)汽車、電動(dòng)航空、智能穿戴設(shè)備等領(lǐng)域提供更優(yōu)質(zhì)的電池產(chǎn)品。

△高能數(shù)造 TOP.E M20 全固態(tài)電池3D打印機(jī)

超高打印精度

TOP.E M20具備10μm級(jí)超高制造精度，配合智能集成的微米級(jí)激光傳感器與自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)電極層與電解質(zhì)層高精度打印的同時(shí)保證各電池內(nèi)部各層級(jí)間整體制造高度一致性與穩(wěn)定性。

借助高精度制造優(yōu)勢(shì)，TOP.E M20不僅能夠輕松實(shí)現(xiàn)10μm層厚電解質(zhì)薄膜的高效率打印制造，同時(shí)還能使用正負(fù)極材料快速打印制造出具有連續(xù)微通道后微孔結(jié)構(gòu)的特殊厚電極，為電池性能的提升提供了更加廣闊的想象空間。

TOP.E M20具備了廣闊的模塊定制化空間，在加裝定制化的刮板模塊后，更可配合高精度刮涂工藝實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)電極的快速制造。

多材料一體化制造

TOP.E M20采用多材料切換系統(tǒng)，可自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電芯的一體化制造。配合智能化集成的溫控平臺(tái)讓具有獨(dú)特設(shè)計(jì)的全固態(tài)電池制造在舉手間便可輕松實(shí)現(xiàn)。

同時(shí)，TOP.E M20集成的多材料打印系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電解質(zhì)層和電極層的階梯化設(shè)計(jì)，通過自動(dòng)化的材料切換裝置，可以一體化地疊層打印不同配方、不同功能特點(diǎn)的電池材料，讓電池的材料使用更精準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)更精細(xì)，性能更優(yōu)異。

創(chuàng)新的全固態(tài)電池界面優(yōu)化方案

不僅如此，TOP.EM20突破性的一體化制造工藝更實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)電池原位固態(tài)化的連續(xù)疊層制造，為全固態(tài)電池的固固界面優(yōu)化提供了獨(dú)具創(chuàng)新性的解決方案，讓多種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的全固態(tài)電池制造在方寸間觸手可及。