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 3D打印技術(shù)是否可以打印電動(dòng)汽車電池？新技術(shù)的運(yùn)用會(huì)為新能源時(shí)代帶來哪些轉(zhuǎn)變或顛覆？

目前，世界上不少公司正嘗試開發(fā)3D打印電池，并期望將其推向市場(chǎng)。

盡管3D打印能源設(shè)備這一市場(chǎng)仍處于發(fā)展早期階段，目前已有一些公司正試圖將相關(guān)技術(shù)商業(yè)化。例如，瑞士投資公司黑石資源(Blackstone Resources)目標(biāo)在2025年之前將一種新的3D打印鈉離子電池推向市場(chǎng)。固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)商Sakuu Corporation (前身為KeraCel Inc.)也打算在2023年推出高性能3D打印電池。此前，該公司透露其第一代非打印鋰金屬電池達(dá)到了800Wh/L的能量密度（即每升鋰離子電池電解液中存有800瓦時(shí)能量），這將有助于該公司未來實(shí)現(xiàn)全3D打印高性能固態(tài)電池。


Sakuu固態(tài)電池，圖片來自Sakuu Corporation

英國(guó)3D打印機(jī)制造商Photocentric也加入了前述行列。該公司成立了一個(gè)專門的電池研發(fā)部門，以設(shè)計(jì)含有3D打印電池電極的節(jié)能存儲(chǔ)設(shè)備，并計(jì)劃利用其技術(shù)，為特斯拉日后的Giga工廠生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型燃料電池。

根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Strategic Market Research，預(yù)計(jì)在2020年至2030年內(nèi)，3D打印電池市場(chǎng)將以19.53%的復(fù)合年均增長(zhǎng)率速度擴(kuò)張。能源存儲(chǔ)需求的持續(xù)增長(zhǎng)、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)傳感器等發(fā)展正在推動(dòng)3D打印電池市場(chǎng)的增長(zhǎng)。具體來說，對(duì)節(jié)能電池需求的不斷增長(zhǎng)是推動(dòng)該市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要因素。國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)表示，世界需要大約150千兆瓦的電池存儲(chǔ)量，才能滿足到2030年實(shí)現(xiàn)將近45%可再生能源發(fā)電量的理想目標(biāo)。

在3D打印電池市場(chǎng)的終端用戶方面，“能源存儲(chǔ)設(shè)備”部分占據(jù)了較大市場(chǎng)份額。能量存儲(chǔ)設(shè)備可以廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域，如筆記本電腦、手機(jī)和電動(dòng)汽車。2021年全球電動(dòng)汽車銷量約為675萬輛，2022年銷量約為950萬輛，與2020年相比增長(zhǎng)了108%。

隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，鋰離子電池依舊是該行業(yè)中不可或缺的部分。美國(guó)在2022年第一季度進(jìn)口了超過14萬噸鋰離子電池，比上個(gè)季度增長(zhǎng)了153.9%。在該季度中，美國(guó)進(jìn)口的鋰離子電池77.5%均來自于中國(guó)。因此，美國(guó)企業(yè)也開始探索3D打印電池技術(shù)，進(jìn)一步減少對(duì)進(jìn)口材料的依賴。


圖片來自6K公司

今年5月，美國(guó)3D打印材料開發(fā)商6K在D輪融資中成功融資1.02億美元，以擴(kuò)大3D打印金屬粉末和鋰電池陰極材料的生產(chǎn)能力，從而應(yīng)對(duì)鋰離子電池市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)。

6K公司首席執(zhí)行官Aaron Bent表示，“由于電動(dòng)汽車的增長(zhǎng)，以及電信備份、數(shù)據(jù)中心和發(fā)電廠等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的需求，鋰離子電池市場(chǎng)將在未來10年增長(zhǎng)10倍。”


UniMelt等離子技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部圖片，圖片來自6K公司

美國(guó)6K公司的產(chǎn)品主要圍繞其特有的UniMelt等離子技術(shù)。在材料的生產(chǎn)過程中，該工藝能夠?qū)⒒厥盏脑限D(zhuǎn)制成3D打印金屬粉末，有效地替代了氣霧化或等離子體霧化的傳統(tǒng)工藝。該公司表示其工藝可以提高可持續(xù)性及生產(chǎn)效率，并降低成本。

在6K能源部門于2021年4月成立卓越中心后，前述技術(shù)被用于開發(fā)鋰離子電池材料。借助其等離子技術(shù)，該公司表示可以直接控制金屬粉末的物理和化學(xué)顆粒性質(zhì)，幫助設(shè)計(jì)出更經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)汽車電池組。

為此，6K曾籌集5100萬美元用于研發(fā)電池材料，并收購(gòu)特種冶金產(chǎn)品公司，以及與鋰礦巨頭美國(guó)雅寶公司(Albemarle)合作開發(fā)電池。今年8月，6K將耗資3000萬美金建立電池卓越中心，推進(jìn)第一個(gè)產(chǎn)能規(guī)劃為10至20千兆瓦時(shí)的電池陰極工廠，并于2024年初投產(chǎn)。

“這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)將有助于實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和電池價(jià)值鏈的優(yōu)化。”科赫投資集團(tuán)旗下子公司科赫戰(zhàn)略平臺(tái)(KSP)總經(jīng)理Jeremy Bezdek認(rèn)為，6K公司創(chuàng)造了一種變革性的電池材料生產(chǎn)和回收生態(tài)系統(tǒng)，提供了一種能夠使用各類化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行全面生產(chǎn)的通用技術(shù)。

但總的來說，3D打印能源設(shè)備的市場(chǎng)發(fā)展還處于早期階段。

在國(guó)內(nèi)方面，長(zhǎng)春交大高能科技有限公司也是全球首批進(jìn)行3D打印電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化企業(yè)之一。據(jù)悉，該公司擁有自主研發(fā)的3D打印電池技術(shù)和基于3D打印技術(shù)的數(shù)字智造解決方案，以通過3D打印來革新電池正負(fù)極制造環(huán)節(jié)。2021年12月，交大高能獲得“一種用于復(fù)合材料的鋰離子電池正極3D打印設(shè)備”的專利授權(quán)。

原標(biāo)題：3D打印動(dòng)力電池是否會(huì)成為能源轉(zhuǎn)型的下一個(gè)出口？