3D打印技術是否可以打印電動汽車電池？新技術的運用會爲新能源時代帶來哪些轉變或顛覆？

目前，世界上不少公司正嘗試開發3D打印電池，並期望將其推向市場。

儘管3D打印能源設備這一市場仍處於發展早期階段，目前已有一些公司正試圖將相關技術商業化。例如，瑞士投資公司黑石資源（Blackstone Resources）目標在2025年之前將一種新的3D打印鈉離子電池推向市場。固態電池技術開發商Sakuu Corporation （前身爲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瓦時能量），這將有助於該公司未來實現全3D打印高性能固態電池。

英國3D打印機制造商Photocentric也加入了前述行列。該公司成立了一個專門的電池研發部門，以設計含有3D打印電池電極的節能存儲設備，並計劃利用其技術，爲特斯拉日後的Giga工廠生產經濟型燃料電池。

根據研究機構Strategic Market Research，預計在2020年至2030年內，3D打印電池市場將以19.53%的複合年均增長率速度擴張。能源存儲需求的持續增長、可穿戴設備和物聯網（IoT）傳感器等發展正在推動3D打印電池市場的增長。具體來說，對節能電池需求的不斷增長是推動該市場增長的主要因素。國際可再生能源機構（IRENA）表示，世界需要大約150千兆瓦的電池存儲量，才能滿足到2030年實現將近45%可再生能源發電量的理想目標。

在3D打印電池市場的終端用戶方面，“能源存儲設備”部分佔據了較大市場份額。能量存儲設備可以廣泛應用於不同領域，如筆記本電腦、手機和電動汽車。2021年全球電動汽車銷量約爲675萬輛，2022年銷量約爲950萬輛，與2020年相比增長了108%。

隨着電動汽車行業的快速發展，鋰離子電池依舊是該行業中不可或缺的部分。美國在2022年第一季度進口了超過14萬噸鋰離子電池，比上個季度增長了153.9%。在該季度中，美國進口的鋰離子電池77.5%均來自於中國。因此，美國企業也開始探索3D打印電池技術，進一步減少對進口材料的依賴。

圖片來自6K公司

今年5月，美國3D打印材料開發商6K在D輪融資中成功融資1.02億美元，以擴大3D打印金屬粉末和鋰電池陰極材料的生產能力，從而應對鋰離子電池市場需求的快速增長。

6K公司首席執行官Aaron Bent表示，“由於電動汽車的增長，以及電信備份、數據中心和發電廠等關鍵基礎設施的需求，鋰離子電池市場將在未來10年增長10倍。”

UniMelt等離子技術系統內部圖片，圖片來自6K公司

美國6K公司的產品主要圍繞其特有的UniMelt等離子技術。在材料的生產過程中，該工藝能夠將回收的原料轉製成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工藝。該公司表示其工藝可以提高可持續性及生產效率，並降低成本。

在6K能源部門於2021年4月成立卓越中心後，前述技術被用於開發鋰離子電池材料。藉助其等離子技術，該公司表示可以直接控制金屬粉末的物理和化學顆粒性質，幫助設計出更經濟的電動汽車電池組。

爲此，6K曾籌集5100萬美元用於研發電池材料，並收購特種冶金產品公司，以及與鋰礦巨頭美國雅寶公司（Albemarle）合作開發電池。今年8月，6K將耗資3000萬美金建立電池卓越中心，推進第一個產能規劃爲10至20千兆瓦時的電池陰極工廠，並於2024年初投產。

“這項創新技術將有助於實現能源轉型和電池價值鏈的優化。”科赫投資集團旗下子公司科赫戰略平臺（KSP）總經理Jeremy Bezdek認爲，6K公司創造了一種變革性的電池材料生產和回收生態系統，提供了一種能夠使用各類化學物質進行全面生產的通用技術。

但總的來說，3D打印能源設備的市場發展還處於早期階段。

在國內方面，長春交大高能科技有限公司也是全球首批進行3D打印電池技術的產業化企業之一。據悉，該公司擁有自主研發的3D打印電池技術和基於3D打印技術的數字智造解決方案，以通過3D打印來革新電池正負極製造環節。2021年12月，交大高能獲得“一種用於複合材料的鋰離子電池正極3D打印設備”的專利授權。

責任編輯：吳劍 SF031