南極熊導(dǎo)讀：3D打印固態(tài)電池在2021年即將在德國(guó)量產(chǎn)！能量密度提高1倍，充電速度提高6倍！優(yōu)先配套德國(guó)龐大的汽車(chē)制造業(yè)。寶馬／奔馳／大眾／奧迪／保時(shí)捷等廠商，在電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代有翻身的機(jī)會(huì)嗎？

2021年1月，南極熊3D打印網(wǎng)獲悉，瑞士Blackstone Resources（黑石資源 ）公司的專(zhuān)有3D打印鋰離子固態(tài)電池技術(shù)，取得了一系列重要的突破。它一直通過(guò)德國(guó)子公司Blackstone Technology GmbH投資于下一代電池技術(shù)。包括獲得專(zhuān)利的3D打印技術(shù)和對(duì)電池批量生產(chǎn)的研究。恰好的是，德國(guó)是全球3D打印技術(shù)最為發(fā)達(dá)的國(guó)家之一。

與目前的鋰離子電池技術(shù)相比，3D打印固態(tài)電池具有將能量密度提高一倍，制造成本降低一半的潛力。

3D打印固態(tài)電池的比較優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前最先進(jìn)的電池生產(chǎn)面臨的一些弱點(diǎn)：

不夠靈活，無(wú)法支持必須與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相匹配的組件設(shè)計(jì)

它仍然太昂貴（目標(biāo)：＜80US ＄ ／ kWh）

不適用于未來(lái)的設(shè)計(jì)，例如全固態(tài)電池

提供的能量密度仍然太低（目標(biāo)：600英里且＞ 300Wh ／ kg）

原材料仍然不安全

碳排放仍然太高

△3D打印的“多孔”電極可提高能量密度?？梢詫㈦姌O中的材料打印成三維晶格結(jié)果。晶格意味著電極具有更大的暴露表面積，增大化學(xué)反應(yīng)面積，電池效率更高。另外，3D打印電池模塊不需要多余的物質(zhì)即可以實(shí)現(xiàn)一體化。想象一下，特斯拉85kWh電池組由7104個(gè)電池組成，將7104塊電池粘合在一起的膠水和電線的重量相當(dāng)大了。但是如果這些變成是增材制造過(guò)程的一部分，而不是多余的材料，能量密度將大大提高

與使用液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)電池設(shè)計(jì)相比，Blackstone Technology的3D打印工藝具有明顯的優(yōu)勢(shì)。顯著降低成本，提高電池尺寸的生產(chǎn)靈活性，可以不依賴(lài)電極化學(xué)性質(zhì)而實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)。

△3D打印固態(tài)電池生產(chǎn)工作流程

Blackstone的3D打印固態(tài)電池技術(shù)，解決了這些弱點(diǎn)：

3D打印鋰離子電池生產(chǎn)已經(jīng)成熟，且有專(zhuān)利，在生產(chǎn)過(guò)程中可提供最大的靈活性；

可節(jié)省30％的CAPEX和10％的OPEX，而采用固態(tài)技術(shù)時(shí)，可節(jié)省70％的CAPEX和30％的OPEX；

世界上第一個(gè)3D打印生產(chǎn)工藝，可以批量生產(chǎn)固態(tài)電池；

可將能量密度提高20％，用固態(tài)技術(shù)時(shí)可提高100％；

利用自身資源來(lái)縮短供應(yīng)鏈，并確保長(zhǎng)期獲取電池材料；

通過(guò)將干燥過(guò)程減少50％，可將能源消耗降低25％，這是電池組電池最重要的制造成本——占總能源成本的45％至57％。

△世界上第一個(gè)使用印刷電極的功能性電池已通過(guò)測(cè)試

黑石技術(shù)有限公司CEO霍爾格·格里茨卡（Holger Gritzka）表示：“我們迄今為止在3D打印電池技術(shù)方面的發(fā)展，為固態(tài)電池的大規(guī)模生產(chǎn)鋪平了道路。除了汽車(chē)工業(yè)等主要市場(chǎng)之外，船舶應(yīng)用和新型5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也將會(huì)受益于3D打印固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)。”

△特斯拉的股價(jià)已經(jīng)漲得高到了火星，市值達(dá)8000億美元，是寶馬＋奔馳＋大眾等一批傳統(tǒng)汽車(chē)廠商市值的總和還高

埃隆·馬斯克（Elon Musk）承認(rèn)獲得下一代電池技術(shù)以及生產(chǎn)這些電池所需的原材料的重要性。即使采用減少電池材料量的新技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)的需求也可能很快超過(guò)這些車(chē)輛所需的電池材料量。

馬斯克預(yù)計(jì)，下一代電池將使用更少的電池金屬（例如鈷），而使用更多的鎳和鋰。實(shí)際上，隨著特斯拉與大型汽車(chē)制造商的入局，所有這些金屬的需求可能會(huì)大幅增加，大型汽車(chē)制造商也開(kāi)始推出電動(dòng)汽車(chē)，并計(jì)劃把全部汽車(chē)都電動(dòng)化。

3D打印固態(tài)電池正在量產(chǎn)

Blackstone Resources開(kāi)發(fā)并測(cè)試了3D打印電池，獲得歐洲“地平線2020”計(jì)劃資助，在電池密度，充電周期和成本方面均取得了顯著成績(jī)。這家瑞士公司還開(kāi)發(fā)了一種工作流程，可使用專(zhuān)有的電池打印技術(shù)在2021年以各種形狀或形式來(lái)批量生產(chǎn)這些電池，充電速度最大可以提高大約六倍。

2020年11月，黑石在德國(guó)德貝恩鎮(zhèn)薩克森州的Am Fuchsloch工業(yè)園區(qū)開(kāi)設(shè)了第一家3D打印電池生產(chǎn)工廠，配套德國(guó)的汽車(chē)制造業(yè)，將大量生產(chǎn)用于工業(yè)應(yīng)用以及電動(dòng)汽車(chē)的下一代電池。首期工廠的生產(chǎn)能力將達(dá)到每年0．5 GWh。

相關(guān)知情人告訴南極熊3D打印網(wǎng)，首批固態(tài)電池原型已經(jīng)過(guò)測(cè)試，3D打印大量生產(chǎn)所需的許多電池復(fù)合材料、外殼和固態(tài)電解質(zhì)。在開(kāi)發(fā)和測(cè)試了這項(xiàng)技術(shù)之后，Blackstone準(zhǔn)備計(jì)劃生產(chǎn)3D打印的固態(tài)電池。這會(huì)改變固態(tài)電池的發(fā)展。自動(dòng)化3D打印生產(chǎn)工藝，比傳統(tǒng)的電池生產(chǎn)工藝減少了70％的固定投資。固態(tài)電池也更安全，不使用對(duì)環(huán)境更有害的易燃液體電解質(zhì)。

除黑石集團(tuán)外，現(xiàn)在還有眾多公司爭(zhēng)相角逐下一代電池技術(shù)。在下一代技術(shù)（包括固態(tài)電池和新的先進(jìn)制造技術(shù)）方面，這些公司可能會(huì)擊敗特斯拉。

利用3D打印工藝技術(shù)，美國(guó)Keracel能夠?qū)⑻沾呻娊赓|(zhì)厚度降低到100um，長(zhǎng)期目標(biāo)是達(dá)到15um。這些技術(shù)進(jìn)步將使Keracel陶瓷電池能夠提供1200Wh／L的能量密度，這大約是標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池的兩倍，并且能夠滿足工業(yè)和汽車(chē)企業(yè)應(yīng)用中高倍率需要。

當(dāng)然，對(duì)于特斯拉來(lái)說(shuō)，因?yàn)楣蓛r(jià)高，資本充足，可以通過(guò)有針對(duì)性的收購(gòu)迅速加快步伐。