新能源电池应用场景的爆发推动了电池市场万亿规模的高速增长，也造就了锂电装备千亿级的市场空间。但随着对更高安全性、更高能量密度电池需求的日益增长，传统涂布工艺与液态锂离子电池体系逐渐迎来了挑战，电池用户也亟待更优秀的材料、设计和制造工艺带来新的突破。3D打印则被看作是新一代高性能电池颠覆性的制造工艺。
(资料图片)
国际上已有多家公司应用3D打印技术制造出了动力电池。瑞士黑石集团于去年宣布，已成功打印了首款固态电池并开始装车；日本Sakuu公司于今年推出了大规模制造动力电池的工业级3D打印机。
高能数造是一家3D打印电池产业化公司，于2021年正式进军新能源电池3D打印领域，投身于电池制造工艺中。高能数造孵化于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，成立仅一年多时间，目前已与一汽集团、爱驰汽车、柳工股份、中科院大连化学物理研究所等单位的电池研制机构展开合作，并产生营收。此前，高能数造已经完成由科创航天基金投资的天使轮融资。
电池极片3D打印过程
高能数造创始人兼CEO王世明告诉36氪，如今的电极生产存在5-6个制造环节（涂布、烘烤、锟压、分切、卷绕/叠片），生产环节多、能耗高、占地面积大，且不具备柔性产能。电池工厂前期投入很大，并且只能生产液态电池，不能生产全固态电池，更无法生产异形电池。通过这样的复杂工艺所制作的电池本身也存在很多亟待解决的痛点问题：一是安全性低，存在自燃风险；二是能量密度低，用户有续航焦虑；三是生产环节辅材需求大，浪费大、能耗高，导致单电池成本高。
王世明表示，高能数造希望通过3D打印技术替代传统的电池制造工艺，利用自主研发的3D打印设备及电池材料3D打印技术直接打印出电池需要的正负极片。
当被问及技术优势时，王世明认为，相较于传统涂布工艺所生产的平面电极，电池3D打印工艺可以生产出传统极片2-3倍厚度的3D结构电极；安全性上，3D打印可以制造具有连续微孔结构的立体电极，其内部散热效率高，可以有效降低自燃风险；成本上，3D打印厚电极工艺可以减少隔膜、集流体等辅材的使用，以及更低的能耗和更少的浪费，从而降低30%左右电池制造成本；辅材变少，也可以节省出更多的电池内部空间来放置正负极材料，相当于在不改变活性物质配方情况下提高电池能量密度；产线投入上，相较于涂布工艺，电池3D打印工艺在同等产能条件下可以减少约40%的电池生产设备投入。
高效率多喷头电池3D打印机
除了具备性能、安全、成本等优势以外，电池3D打印工艺依托其高精度、高设计自由度的优势，还可以用于制造超微型电池、异形电池和定制电池。同时，通过切换灌装不同材料的打印喷头，3D打印电池工艺可以实现全固态电池的一体化制造。
多材料多结构3D打印全固态电池
王世明提到，全固态电池作为下一代电池发展的主要趋势，也是高能数造所关注的焦点之一。高能数造掌握着多种类电极材料的3D打印技术，并已成功推出多喷头高效率3D打印设备。该设备一方面可以适配市面上所有的电极材料；另一方面，可以实现全固态电池从集流体、负极、电解质、正极到集流体的创新设计与一体化制造，并可通过预先设计的三维电极结构有效改善全固态电池固固界面接触问题，从而为全球全固态电池的产业化生产提供了一种有效可行的制造工艺。借助电池3D打印工艺，高能数造希望成为全固态电池制造标准的引领者。
高能数造3D打印设备产品
在产品上，除了已推出的两代电池3D打印设备外，高能数造也于今年11月率先发布了3D打印电池品牌——拓扑高能，其产品系列覆盖最大三维尺寸小于4毫米的超微型电池、异形电池、定制电池和全固态电池四类。据王世明介绍，这是全国首个3D打印电池品牌，高能数造目前可为用户提供超薄、曲面、可折叠、仿形、直径超过100毫米的圆形电池等各类电池产品的定制化生产。
高能数造定制化3D打印电池
在商业模式上，除提供电池产品定制以外，未来高能数造也会为全球扩产扩能的电池厂提供以3D打印为主要工艺的电池数字智造产线。
在创始团队上，高能数造组成了包含电化学、新能源材料、增材制造、产业发展等专业的复合型创新团队。公司创始人兼CEO王世明是原西安交大长春3D打印创新中心负责人、3D打印高级工程师；程康是公司首席设备技术官，曾任长春3D打印创新中心研发总监；杨康是公司首席电池技术官，中山大学高分子化学与物理学博士，曾参与多项国家级新能源电池科研项目。目前公司共有15名员工。
