3D打印固态电池即将量产 成本降低一半 充电速度提高6倍

2021年1月，瑞士Blackstone Resources（黑石资源 ）公司的专有3D打印锂离子固态电池技术，取得了一系列重要的突破。它一直通过德国子公司Blackstone Technology GmbH投资于下一代电池技术。包括获得专利的3D打印技术和对电池批量生产的研究。

与目前的锂离子电池技术相比，3D打印固态电池具有将能量密度提高一倍，制造成本降低一半的潜力。

3D打印固态电池的比较优势
当前最先进的电池生产面临的一些弱点：
1、不够灵活，无法支持必须与产品设计相匹配的组件设计；
2、它仍然太昂贵（目标：＜80US ＄/kWh）；
3、不适用于未来的设计，例如全固态电池；
4、提供的能量密度仍然太低（目标：600英里且＞ 300Wh/ kg）；
5、原材料仍然不安全；
6、碳排放仍然太高；

3D打印的“多孔”电极可提高能量密度。可以将电极中的材料打印成三维晶格结果。晶格意味着电极具有更大的暴露表面积，增大化学反应面积，电池效率更高。另外，3D打印电池模块不需要多余的物质即可以实现一体化。想象一下，特斯拉85kWh电池组由7104个电池组成，将7104块电池粘合在一起的胶水和电线的重量相当大了。但是如果这些变成是增材制造过程的一部分，而不是多余的材料，能量密度将大大提高。

与使用液体电解质的传统电池设计相比，Blackstone Technology的3D打印工艺具有明显的优势。显著降低成本，提高电池尺寸的生产灵活性，可以不依赖电极化学性质而实现这些优点。

Blackstone的3D打印固态电池技术，解决了这些弱点：
1、3D打印锂离子电池生产已经成熟，且有专利，在生产过程中可提供最大的灵活性；
2、可节省30％的CAPEX和10％的OPEX，而采用固态技术时，可节省70％的CAPEX和30％的OPEX；
3、世界上第一个3D打印生产工艺，可以批量生产固态电池；
4、可将能量密度提高20％，用固态技术时可提高100％；
5、利用自身资源来缩短供应链，并确保长期获取电池材料；
6、通过将干燥过程减少50％，可将能源消耗降低25％，这是电池组电池最重要的制造成本——占总能源成本的45％至57％。

黑石技术有限公司CEO霍尔格·格里茨卡（Holger Gritzka）表示：“我们迄今为止在3D打印电池技术方面的发展，为固态电池的大规模生产铺平了道路。除了汽车工业等主要市场之外，船舶应用和新型5G无线网络也将会受益于3D打印固态电池的优势。”

埃隆·马斯克（Elon Musk）承认获得下一代电池技术以及生产这些电池所需的原材料的重要性。即使采用减少电池材料量的新技术，电动汽车的需求也可能很快超过这些车辆所需的电池材料量。

马斯克预计，下一代电池将使用更少的电池金属（例如钴），而使用更多的镍和锂。实际上，随着特斯拉与大型汽车制造商的入局，所有这些金属的需求可能会大幅增加，大型汽车制造商也开始推出电动汽车，并计划把全部汽车都电动化。

3D打印固态电池正在量产
Blackstone Resources开发并测试了3D打印电池，获得欧洲“地平线2020”计划资助，在电池密度，充电周期和成本方面均取得了显著成绩。这家瑞士公司还开发了一种工作流程，可使用专有的电池打印技术在2021年以各种形状或形式来批量生产这些电池，充电速度最大可以提高大约六倍。

2020年11月，黑石在德国德贝恩镇萨克森州的Am Fuchsloch工业园区开设了第一家3D打印电池生产工厂，配套德国的汽车制造业，将大量生产用于工业应用以及电动汽车的下一代电池。首期工厂的生产能力将达到每年0．5 GWh。

相关知情人透露，首批固态电池原型已经过测试，3D打印大量生产所需的许多电池复合材料、外壳和固态电解质。在开发和测试了这项技术之后，Blackstone准备计划生产3D打印的固态电池。这会改变固态电池的发展。自动化3D打印生产工艺，比传统的电池生产工艺减少了70％的固定投资。固态电池也更安全，不使用对环境更有害的易燃液体电解质。

除黑石集团外，现在还有众多公司争相角逐下一代电池技术。在下一代技术（包括固态电池和新的先进制造技术）方面，这些公司可能会击败特斯拉。

利用3D打印工艺技术，美国Keracel能够将陶瓷电解质厚度降低到100um，长期目标是达到15um。这些技术进步将使Keracel陶瓷电池能够提供1200Wh/L的能量密度，这大约是标准锂离子电池的两倍，并且能够满足工业和汽车企业应用中高倍率需要。

当然，对于特斯拉来说，因为股价高，资本充足，可以通过有针对性的收购迅速加快步伐。

文章来源：仪器信息网