新能源電池應用場景的爆發推動了電池市場萬億規模的高速增長，也造就了鋰電裝備千億級的市場空間。但隨著對更高安全性、更高能量密度電池需求的日益增長，傳統涂布工藝與液態鋰離子電池體系逐漸迎來了挑戰，電池用戶也亟待更優秀的材料、設計和制造工藝帶來新的突破。3D打印則被看作是新一代高性能電池顛覆性的制造工藝。
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國際上已有多家公司應用3D打印技術制造出了動力電池。瑞士黑石集團于去年宣布，已成功打印了首款固態電池并開始裝車；日本Sakuu公司于今年推出了大規模制造動力電池的工業級3D打印機。
高能數造是一家3D打印電池產業化公司，于2021年正式進軍新能源電池3D打印領域，投身于電池制造工藝中。高能數造孵化于西安交通大學快速制造國家工程研究中心長春3D打印創新中心，成立僅一年多時間，目前已與一汽集團、愛馳汽車、柳工股份、中科院大連化學物理研究所等單位的電池研制機構展開合作，并產生營收。此前，高能數造已經完成由科創航天基金投資的天使輪融資。
電池極片3D打印過程
高能數造創始人兼CEO王世明告訴36氪，如今的電極生產存在5-6個制造環節（涂布、烘烤、錕壓、分切、卷繞/疊片），生產環節多、能耗高、占地面積大，且不具備柔性產能。電池工廠前期投入很大，并且只能生產液態電池，不能生產全固態電池，更無法生產異形電池。通過這樣的復雜工藝所制作的電池本身也存在很多亟待解決的痛點問題：一是安全性低，存在自燃風險；二是能量密度低，用戶有續航焦慮；三是生產環節輔材需求大，浪費大、能耗高，導致單電池成本高。
王世明表示，高能數造希望通過3D打印技術替代傳統的電池制造工藝，利用自主研發的3D打印設備及電池材料3D打印技術直接打印出電池需要的正負極片。
當被問及技術優勢時，王世明認為，相較于傳統涂布工藝所生產的平面電極，電池3D打印工藝可以生產出傳統極片2-3倍厚度的3D結構電極；安全性上，3D打印可以制造具有連續微孔結構的立體電極，其內部散熱效率高，可以有效降低自燃風險；成本上，3D打印厚電極工藝可以減少隔膜、集流體等輔材的使用，以及更低的能耗和更少的浪費，從而降低30%左右電池制造成本；輔材變少，也可以節省出更多的電池內部空間來放置正負極材料，相當于在不改變活性物質配方情況下提高電池能量密度；產線投入上，相較于涂布工藝，電池3D打印工藝在同等產能條件下可以減少約40%的電池生產設備投入。
高效率多噴頭電池3D打印機
除了具備性能、安全、成本等優勢以外，電池3D打印工藝依托其高精度、高設計自由度的優勢，還可以用于制造超微型電池、異形電池和定制電池。同時，通過切換灌裝不同材料的打印噴頭，3D打印電池工藝可以實現全固態電池的一體化制造。
多材料多結構3D打印全固態電池
王世明提到，全固態電池作為下一代電池發展的主要趨勢，也是高能數造所關注的焦點之一。高能數造掌握著多種類電極材料的3D打印技術，并已成功推出多噴頭高效率3D打印設備。該設備一方面可以適配市面上所有的電極材料；另一方面，可以實現全固態電池從集流體、負極、電解質、正極到集流體的創新設計與一體化制造，并可通過預先設計的三維電極結構有效改善全固態電池固固界面接觸問題，從而為全球全固態電池的產業化生產提供了一種有效可行的制造工藝。借助電池3D打印工藝，高能數造希望成為全固態電池制造標準的引領者。
高能數造3D打印設備產品
在產品上，除了已推出的兩代電池3D打印設備外，高能數造也于今年11月率先發布了3D打印電池品牌——拓撲高能，其產品系列覆蓋最大三維尺寸小于4毫米的超微型電池、異形電池、定制電池和全固態電池四類。據王世明介紹，這是全國首個3D打印電池品牌，高能數造目前可為用戶提供超薄、曲面、可折疊、仿形、直徑超過100毫米的圓形電池等各類電池產品的定制化生產。
高能數造定制化3D打印電池
在商業模式上，除提供電池產品定制以外，未來高能數造也會為全球擴產擴能的電池廠提供以3D打印為主要工藝的電池數字智造產線。
在創始團隊上，高能數造組成了包含電化學、新能源材料、增材制造、產業發展等專業的復合型創新團隊。公司創始人兼CEO王世明是原西安交大長春3D打印創新中心負責人、3D打印高級工程師；程康是公司首席設備技術官，曾任長春3D打印創新中心研發總監；楊康是公司首席電池技術官，中山大學高分子化學與物理學博士，曾參與多項國家級新能源電池科研項目。目前公司共有15名員工。
