使用3D打印工艺批量化生产锂离子电池

近日，专注于电池技术的瑞士投资公司Blackstone Resources（以下简称“黑石”）宣布，在公司位于德国D?beln的新制造工厂中已经开始按了3D打印电池的批量化生产。

为了进军电动汽车市场，黑石于2019年成立了德国研发子公司“黑石科技”。在过去两年里，该公司一直在开发和完善用于锂离子电池生产的3D打印技术。

使用3D打印技术生产电池

黑石科技表示，如今的电解液电池生产线往往一次只能生产一种电池。同时，电池生产所需要的能源设备通常非常昂贵，并且还要使用危险的溶剂作为电极原材料。

对此黑石科技开发的“厚层技术”（Thick Layer Technology）旨在作为一种灵活且更具成本效益的替代方案，在使用环保材料的同时涵盖更广泛的电池类型制造。由于3D打印过程的动态特性，黑石科技表示甚至可以根据客户的要求定制电池单元的大小和形状。

与传统制造的同类产品相比，该工艺使该公司生产的电池能量密度提高约20%，密度高达 220Wh/kg，另外还可节省高达15%的空间、节约20€/kWh的材料成本以及降低23%的生产能耗。

■黑石科技位于德国D?beln的制造工厂（来源：黑石科技）

黑石科技的创始人兼首席执行官Ulrich Ernst补充说：“该专利工艺依赖一种环保的纯水工艺，可将废料减少50%。通过这种方式，我们正在为交通转型和应对气候变化做出重要且可持续的贡献。”

虽然黑石科技开始使用3D打印生产锂离子电池，但该公司相信这种技术也能适用于其他类型电池，比如在固态电池上可以使能量密度再增加70%。

争取10GWh产能

黑石科技已将其初始的年产能目标设定为500MGh，预计将在2022年底前达到。尽管尚未确定时间表，但公司计划第二阶段的目标是每年5GWh，第三阶段的最终目标是超过 10GWh。

根据黑石科技董事总经理Holger Gritzka的说法，该公司的长期目标是每秒生产电池。愿景是通过一个机器园区可以快速、准确地打印出不同形状、不同电极和电解质材料的电池。最终达到大规模生产电池的目标。

为实现这一目标，该公司于2022年将D?beln生产基地的员工人数从14人扩充至38人，并从莱比锡、开姆尼茨和德累斯顿等邻近城市招募员工。同时，黑石已经在与合作伙伴Liovolt（一家总部位于德国的能源公司）合作开发双极电池设计。锂离子电池将包括多个串联连接的堆叠电极，其中阴极和阳极材料将放置在公共电极载体上。

■黑石科技采用3D打印锂离子电池（来源：黑石科技）

黑石科技母公司CMO Serhat Yilmaz表示：“下一步，公司将与合作伙伴一同开发电池系统 ecovolta，并且与Voith SE和Orten Electric Trucks合作，目标是为电动巴士配备电池技术。”

储能设备的3D打印在很大程度上还是一个利基市场，大部分工作仍处于研究阶段。2021年10月，瑞士联邦材料科学与技术实验室的研究人员就使用3D打印制造了一种可持续的新型超级电容器。这块电池通过全过程打印，由柔性纤维素和甘油基板组成并用导电碳和石墨墨水图案化，能够承受数千次的充电循环，同时还能维持容量。

同时， 3D打印储能设备专家Sakuu Corporation（前身为KeraCel）最近开始建设一个新的试验设施，用于生产自己的3D打印固态电池。这条试验线预计将于2022年初完工，每年可生产高达2.5MWh的固态电池。

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