南極熊導讀：3D打印固態(tài)電池在2021年即將在德國量產！能量密度提高1倍，充電速度提高6倍！優(yōu)先配套德國龐大的汽車制造業(yè)。寶馬／奔馳／大眾／奧迪／保時捷等廠商，在電動汽車時代有翻身的機會嗎？

2021年1月，南極熊3D打印網獲悉，瑞士Blackstone Resources（黑石資源 ）公司的專有3D打印鋰離子固態(tài)電池技術，取得了一系列重要的突破。它一直通過德國子公司Blackstone Technology GmbH投資于下一代電池技術。包括獲得專利的3D打印技術和對電池批量生產的研究。恰好的是，德國是全球3D打印技術最為發(fā)達的國家之一。

與目前的鋰離子電池技術相比，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

當前最先進的電池生產面臨的一些弱點：

不夠靈活，無法支持必須與產品設計相匹配的組件設計

它仍然太昂貴（目標：＜80US ＄ ／ kWh）

不適用于未來的設計，例如全固態(tài)電池

提供的能量密度仍然太低（目標：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果。晶格意味著電極具有更大的暴露表面積，增大化學反應面積，電池效率更高。另外，3D打印電池模塊不需要多余的物質即可以實現一體化。想象一下，特斯拉85kWh電池組由7104個電池組成，將7104塊電池粘合在一起的膠水和電線的重量相當大了。但是如果這些變成是增材制造過程的一部分，而不是多余的材料，能量密度將大大提高

與使用液體電解質的傳統(tǒng)電池設計相比，Blackstone Technology的3D打印工藝具有明顯的優(yōu)勢。顯著降低成本，提高電池尺寸的生產靈活性，可以不依賴電極化學性質而實現這些優(yōu)點。

△3D打印固態(tài)電池生產工作流程

Blackstone的3D打印固態(tài)電池技術，解決了這些弱點：

3D打印鋰離子電池生產已經成熟，且有專利，在生產過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)技術時，可節(jié)省70％的CAPEX和30％的OPEX；

世界上第一個3D打印生產工藝，可以批量生產固態(tài)電池；

可將能量密度提高20％，用固態(tài)技術時可提高100％；

利用自身資源來縮短供應鏈，并確保長期獲取電池材料；

通過將干燥過程減少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％。

黑石技術有限公司CEO霍爾格·格里茨卡（Holger Gritzka）表示：“我們迄今為止在3D打印電池技術方面的發(fā)展，為固態(tài)電池的大規(guī)模生產鋪平了道路。除了汽車工業(yè)等主要市場之外，船舶應用和新型5G無線網絡也將會受益于3D打印固態(tài)電池的優(yōu)勢?！?/p>

埃隆·馬斯克（Elon Musk）承認獲得下一代電池技術以及生產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，電動汽車的需求也可能很快超過這些車輛所需的電池材料量。

馬斯克預計，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。實際上，隨著特斯拉與大型汽車制造商的入局，所有這些金屬的需求可能會大幅增加，大型汽車制造商也開始推出電動汽車，并計劃把全部汽車都電動化。

3D打印固態(tài)電池正在量產

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

2020年11月，黑石在德國德貝恩鎮(zhèn)薩克森州的Am Fuchsloch工業(yè)園區(qū)開設了第一家3D打印電池生產工廠，配套德國的汽車制造業(yè)，將大量生產用于工業(yè)應用以及電動汽車的下一代電池。首期工廠的生產能力將達到每年0．5 GWh。

相關知情人告訴南極熊3D打印網，首批固態(tài)電池原型已經過測試，3D打印大量生產所需的許多電池復合材料、外殼和固態(tài)電解質。在開發(fā)和測試了這項技術之后，Blackstone準備計劃生產3D打印的固態(tài)電池。這會改變固態(tài)電池的發(fā)展。自動化3D打印生產工藝，比傳統(tǒng)的電池生產工藝減少了70％的固定投資。固態(tài)電池也更安全，不使用對環(huán)境更有害的易燃液體電解質。

除黑石集團外，現在還有眾多公司爭相角逐下一代電池技術。在下一代技術（包括固態(tài)電池和新的先進制造技術）方面，這些公司可能會擊敗特斯拉。

利用3D打印工藝技術，美國Keracel能夠將陶瓷電解質厚度降低到100um，長期目標是達到15um。這些技術進步將使Keracel陶瓷電池能夠提供1200Wh／L的能量密度，這大約是標準鋰離子電池的兩倍，并且能夠滿足工業(yè)和汽車企業(yè)應用中高倍率需要。

當然，對于特斯拉來說，因為股價高，資本充足，可以通過有針對性的收購迅速加快步伐。

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