新一代3D打印电池实现规模化生产Sakuu锂离子、锂金属和固态电池利好全球碳减排战略

  2023年2月，南极熊获悉，新一代电池增材制造 (AM) 专家、硅谷初创公司Sakuu对外宣称，自 2022 年12 月以来，他们一直在使用其 Kavian 增材制造平台做电池生产。Sakuu 的目标是使用其专有的 SwiftPrint 技术为电动汽车市场以及其他各行业提供3D 打印锂离子、锂金属和固态电池。

  Sakuu公司在 2023 年 1 月宣布已选择保时捷咨询公司合作，计划建立专用于 SwiftPrint 电池输出的 Sakuu 超级工厂，并在签署合作协议几周后发布了最新进展。结合目前的公告，似乎 Sakuu 已准备好实施其商业化战略，该战略也与新兴的回收锂离子电池材料供应链相关。

  Sakuu 的首席技术官 KarlLittau在宣布公司专有技术取得成功的新闻稿中评论说：“我们的研发根据结果得出，KavianTM 平台能轻松实现各种电池技术的商业规模、可持续生产。该平台还能定制电池的外观尺寸——电池本身能通过定制的形状和尺寸成为产品设计的一部分。”

  该公司的创始人兼首席执行官 Robert Bagheri 补充说：“这一里程碑推动了我们的 Kavian 平台与我们的商业规模电池生产计划之间的整合，通过全球合作伙伴超级工厂网络推动实现到 2030 年 200GWh 的能源输出目标。”

  Sakuu 认为“干式”特性是SwiftPrint 工艺的关键卖点之一，这一特性使这种电池生产方法比“湿式”增材制造电池输出更可靠、更具成本效益且速度更快，这取决于溶剂的使用。在新闻稿中，该公司还指出，除了在其超级工厂生产 3D 打印电池外，它还计划将 SwiftPrint 技术授权给其他制造商。

  如果 3D 打印电池未来可以普及到电池的先进制造中，那么随着它的发展，电池市场可能看起来越来越像芯片市场。目前芯片市场主要由无晶圆厂生产商主导——获得许可的公司会将他们的制造技术给第三方进行代工。如果这种可能性成为现实，像 Sakuu 这样的公司能够最终靠成为自己产品的唯一制造商来更快地扩大生产规模。

  这不仅有利于电池 IP 的许可方和被许可方本身，更有助于涉及电池供应链所有的环节的制造商。更广泛地说，它可能有助于在整个全球经济中加速下一代电池的产出，这是减少碳排放竞赛中最紧迫的优先事项之一，目前长期处在国际决策议程的最前沿。

  Sakuu Corporation是一家总部在美国加利福尼亚州的工业解决方案提供商，前身为KeraCel 公司，成立于2016年。Sakuu的3D打印平台是一个用于灵活、经济高效地大量生产复杂功能设备的多材料、多方法3D打印解决方案。这使能源行业内的制造商能够改善成本、性能和当前固态电池选件的范围。

  2019年5月份，Sakuu（也称Keracel）公司宣称在生产陶瓷固态锂电电池方面取得了最新突破。同年8月，日本汽车零部件制造商Musashi Seimitsu Industry宣布与Sakuu建立了战略合作伙伴关系，目标是加速3D打印固态电池的发展。他们的计划是首先将该技术应用于摩托车行业，然后再去适应更广泛的汽车行业。

  2021年6月17日，Sakuu Corporation宣布了三项专利：具有密封阳极结构的混合固态电池、能够创建有源设备（如微反应器或固态电池）的增材制造系统，以及电子照相多材料3D打印机。

  2021年7月28日，Sakuu Corporation宣布已开发出一种3Ah锂固态电池 (SSB)，性能等同于或优于当前的锂电池。Sakuú一直在开发第一代SSB电池技术及旗舰增材制造平台，据称平台使用多材料粘合剂喷射工艺，并于2021年年底投入商业使用。第一代电池包括30个子电池，使用锂金属和陶瓷隔板。另外，电池设计使用当前行业标准阴极材料（未来或许会使用支持更高电压的阴极材料），可产生高达25%的能量。

  2021年8月22日， Sakuu公司开始着手于建设一个新的试验设施，用来生产3D打印固态电池。据报道，这条试验产线年底完成，投产后每年将能生产高达2.5兆瓦时的固态电池。在未来几年，它还将作为该公司的多材料3D打印系统Sakuu AM平台的客户学习中心。工程公司Relevant Industrial和霍尼韦尔将通过提供工程、工艺设计和系统集成支持来帮助建立该设施。

  Sakuu公司始终致力于3D打印固态电池的开发和推广。固态电池与目前主流的传统锂电池最大的不同在于电解质。传统锂电池主要由正负极材料、电解液和隔膜组成。正负极材料决定了电池的容量，电解液及隔膜作为传输锂离子的介质。而固态电池使用固体电解质，替代了传统锂电池的电解液和隔膜。与锂电池相比，固态电池更安全、更高的理论单位体积内的包含的能量和更高的体积单位体积内的包含的能量。但是，固态电池也有一定的局限性，比如固态电解质导电率低，不能快速充能；材料物理接触会随时间变差，影响正常使用寿命；制备工艺复杂。

  Sakuu的增材制造技术融合了粉末床和喷射材料沉积技术，并使用多种材料来制造零件。它结合了陶瓷和金属以及Sakuu的PoraLyte支撑材料，消除了部件悬垂的限制，并能够创建带有内部通道和腔体的设备。Sakuu说，这项技术较现有产品有着非常大的飞跃，能制造薄单片层和完美介面，从而生产高单位体积内的包含的能量固态电池（SSB）。此外，得益于粉末到粉末工艺，据说陶瓷和金属材料的可回收性比传统方法更容易，不需要提取石墨，也不需要聚合物，这在某种程度上预示着减少了垃圾填埋或焚烧。

  2020年9月23日，来自瑞士的黑石资源公司（Blackstone Resources AG）宣布在3D打印锂离子固态电池方面取得了一系列具有里程碑意义的成绩。同年11月，黑石在德国德贝恩镇萨克森州的Am Fuchsloch工业园区开设了第一家3D打印电池生产工厂，配套德国的汽车制造业，将大量生产用于工业应用以及电动汽车的下一代电池。更重要的是，该工厂的运作也代表了3D打印电池工业化生产的“第一炮”。

  据悉，黑石首期工厂的生产能力将达到每年0.5 GWh，到2025年，电池片的年产能达到3 GWh。这相当于为7.5万辆叉车供电，如果达到这一目标，产量将慢慢地提高到每年10 GWh。该公司坚信，它可以大量、低成本地生产出具有更高单位体积内的包含的能量水平的可靠锂离子电池，其目标是使成本大大低于每千瓦时80欧元，这将代表存储技术的最终突破。

  在2021年4月，黑石德国子公司Blackstone Technology GmbH对外宣称已成功打印并测试了首款可工作的固态电池，并展示了由Blackstone固态电池供电的LED灯。

  在2021年6月21日，Blackstone Resources AG（SWX：BLS）宣布将子公司Blackstone Technology GmbH的电池业务扩展到美国市场，通过上市方式筹集额外资金。目前，黑石资源股份公司在瑞士证券交易所（Symbol BLS）上市，并已向黑石科技投入巨资。

  黑石的3D打印电池计划曾获得欧洲“地平线”计划资助，在电池密度，充电周期和成本方面均取得了显著成绩。与使用液体电解质的传统电池设计相比，Blackstone Technology的3D打印工艺有着非常明显的优势。综合来讲，Blackstone的3D打印固态电池技术，具备以下优点：1) 3D打印锂离子电池生产已经很成熟，且有专利，在生产的全部过程中可提供最大的灵活性；2)可节省30％的CAPEX和10％的OPEX，而采用固态技术时，可节省70％的CAPEX和30％的OPEX；3)世界上第一个3D打印生产的基本工艺，可以批量生产固态电池；4) 可将单位体积内的包含的能量提高20％，使用固态技术时可提高100％；5) 利用自身资源来缩短供应链，并确保长期获取电池材料；6) 通过将干燥过程减少50％，可将能源消耗降低25％，这是电池组电池最重要的制造成本——占总能源成本的45％至57％。

  毫无疑问，作为3D打印电池行业的引路人，黑石的3D打印电池技术将为固态电池的生产奠定重要基础。

  2021年12月7日，黑石公司在线上发布会上宣布首个大规模3D打印锂电池工厂将开工生产。据悉，Blackstone Technology已将初始目标年产能设定为500 MWh，预计将在2022年底前完成目标。尽管尚未确定时间表，但增长计划的第二阶段目标是每年5GWh，第三阶段最终目标是超过10GWh。

  2022年3月，南极熊获悉，Blackstone Resources宣布，预计最早于2025年将3D打印的钠离子电池商业化。Blackstone此前一直主要专注于3D打印锂离子电池，现在他们已转向钠离子技术，这具有几个优势：●原材料易获得●制作的完整过程环保●制作的完整过程更经济●与传统制造的电池相比，单位体积内的包含的能量更高●电池的安全性更高

  Blackstone Technology的CEO说：“钠离子技术代表了我们已处于下一代 3D 打印电池市场的领头羊，我们很高兴再次为清洁能源和未来的碳中和交通做出创新和贡献。”