3D打印电池组件真的可行吗？Sakuu干电极打印技术最新揭秘

zhiyongz 28分钟前阅读数 #技术

导读：随着全球电气化进程的推进，电池行业面临着越来越大的压力，需要提高生产效率、最大限度地减少环境影响，并构建更具韧性的供应链。为了应对这些挑战，许多公司正在探索先进的制造方法。Sakuu 就是其中之一，这是一家位于硅谷的电池打印设备和技术开发商。 Sakuu 由首席执行官Robert Bagheri 于 2016 年创立，从开发电池材料套件发展到生产各种形状和尺寸的 3D 打印电池。这些努力的核心是 Kavian 平台——用于干电极打印的制造平台。制造平台采用增材制造 (AM) 技术，按顺序构建电池层，从而实现超越传统格式的设计。制造平台于 2025 年实现商业化，并因其创新方法而获得业内认可。

△Kavian平台专用于生产干电极。图片来自Sakuu。

关注客户需求：干电极打印

Sakuu 专注于打印干材料，公司的Kavian 平台已将 3D 打印技术应用于大批量电池生产。Sakuu开发了一种工艺，让电池的集流体箔在沉积头下方移动，而不是移动沉积头本身。Sakuu总裁兼首席运营官 Arwed Niestroj Niestroj 解释说：“这使我们能够提高材料沉积的速度。更重要的是，我们需要对每一层都应用正确的工艺，控制厚度、速度和质量。协调工艺、材料和最终层是实现规模化的核心能力。”

Niestroj 解释说，虽然最初的重点是 3D 打印电池，但后来根据客户的反馈调整了工作：“有趣的是，我们的客户表示，打印完整的电池并非他们的当务之急。相反，他们希望从组件入手，具体来说，是干法电极打印。”因此，Kavian 平台的首个商业版本专注于生产各种化学成分的干电极（包括正极和负极）。系统采用卷对卷打印方法，吞吐量和处理特性与传统湿法涂覆生产线相当，同时还具有额外的操作和环境优势。

△Kavian厚底印花。照片来自 Sakuu。

Kavian平台：干电极打印与传统湿法工艺

Kavian平台的一大优势在于资本支出的降低。与依赖大型高能耗熔炉和场外溶剂回收系统的传统湿法涂覆生产线不同，干法工艺降低了运营成本并简化了工厂布局。此外，它还能重复利用剩余材料——这是一个巨大的优势，因为原材料成本可能占到电池生产成本的80%以上。

Sakuu 强调了传统湿法工艺的一个关键挑战：溶剂的蒸发难以在颗粒层面控制，这常常导致电极缺陷，例如不均匀性和产量降低。相比之下，干法工艺无需溶剂蒸发。一旦工艺参数设置符合客户的层规格，设备就会进行微调，以满足电极质量和产量要求。这种方法被认为是降低缺陷率和提高产量的一种方法。

经一家独立咨询公司证实，这套平台还可减少约55%的碳足迹，同时避免用水。以“从摇篮到大门”的整个电池单元制造流程为例，基于美国典型的能源结构，碳足迹减少约40%。然而，这些收益取决于精心的工艺优化和材料处理。未来的发展旨在进一步提高效率，包括用于新功能的结构化电极、替代电池设计以及降低报废电池回收成本的策略。

△Kavian平台专用于生产干电极。图片来自Sakuu。

运营合规性和可扩展性

Kavian 符合各运营区域的标准设备认证，包括安全性和电源兼容性要求。Niestroj 解释说：“整体流程与具体的电池应用无关。生产的电池可以根据电动汽车、电网储能、无人机、国防和消费电子产品的常规协议进行认证。”虽然电极加工工艺仍然要求极高，但可扩展的实用解决方案却寥寥无几。Sakuu 目前正在与SK On合作进行预商用测试，以评估生产最终电极和量产设备的要求。这些试点研究旨在验证制造技术，识别局限性，并为潜在的应用提供参考。

△Kavian平台打印过程。图片来自 Sakuu。

支持区域供应链灵活性

在地缘政治形势瞬息万变的背景下，人们对电池供应链区域化的兴趣日益浓厚，以减少对少数主导供应商和海外制造中心的依赖。近期的贸易紧张局势以及疫情带来的物流挑战等一系列事件，凸显了全球供应网络的脆弱性。Niestroj 解释说，Kavian平台的设计支持关键部件的本地化生产，并提供与化学无关的功能，允许使用各种电极材料 - 包括 NCM、LFP、NCA、石墨、硅石墨和其他适用于电池级层的干颗粒，以及固态化学物质。

Niestroj解释道：“客户可以自行决定从哪里购买材料——他们不会被锁定在特定的供应商或国外来源。例如，西方国家在韩国、德国、美国等地都有供应选择。我们会根据客户选择的材料进行预处理以确保可打印性，然后在我们的设备上进行打印。”

△Kavian平台打印过程。图片来自 Sakuu。

超越电池：扩展储能应用

Kavian 平台正在适应更广泛的储能解决方案，包括高功率电容器。潜在用例扩展到人工智能数据中心，在这些数据中心，稳定、高性能的储能对于管理功率波动至关重要。Niestroj 说道：“锂离子电容器对于应对需求的突然激增至关重要。这正是我们的技术的优势所在——兼具高功率和高能量。”

为了满足这些需求，Kavian 的设计旨在实现高吞吐量，速度可与专业激光打印机媲美——约为每分钟 100 平方米。要实现这一目标，需要对设备和材料进行精确校准。Niestroj 强调，与行业合作伙伴的合作将是整合此类技术的关键。早期的生产车间安装预计将支持年产能较大的工厂快速扩展。

展望未来，干法印刷工艺还能催生新的电池架构，从活性材料密封的替代方法，到用更轻或更低成本的方案取代传统的铝和铜集流体。Niestroj补充道：“凭借我们在半导体行业的丰富经验，我们深知采用新技术的变革力量……持续成功的关键在于持续创新。”

扩展3D打印电池生态系统

3D打印电池行业的快速增长进一步巩固了Sakuu的市场地位。据Market Research Intellect的数据，全球3D打印电池市场规模预计将从2025年的118.6亿美元增长到2033年的218.9亿美元，复合年增长率为10.75%。与此同时，国际能源署(IEA)发布的《2025年全球电动汽车展望》预测，全球电动汽车电池需求将从2024年的约1太瓦时(TWh)飙升至2030年的3太瓦时以上。

随着电池需求的不断增长，制造商越来越多地采用增材制造方法来扩大生产、提高效率并降低成本。与 Sakuu 携手，Addionics也凭借智能 3D 电极技术，通过结构创新推动电池3D打印领域的发展。Addionics 并非改变电池的化学成分，而是专注于重新设计电池集流体的结构，以降低内阻、增强机械稳定性并改善热管理。这些解决方案无需进行大规模改造即可集成到现有生产线中，从而生产出更安全、性能更卓越、效率更高的电池。

学术研究也为3D打印电池的创新做出了贡献。2023年，德克萨斯大学埃尔帕索分校（UTEP）加入了由NASA牵头的一项耗资250万美元的计划，利用月球和火星风化层3D打印可充电电池。UTEP获得了61.5万美元的资助，与扬斯敦州立大学和Formlabs合作，开发用于太空任务的可变形电池，利用当地材料减轻有效载荷重量。研究团队运用材料挤出（ME）和大桶光聚合（VPP）等增材制造技术，成功生产出包括电极、电解质和集流体在内的电池组件。