電動汽車是未來交通工具的發展趨勢，其製造的核心則是電池。然而，目前製造電池的工藝方法卻限製了電池性能的提高。photocentric公司表示，通過光聚合技術進行3D打印製造電池，可以精確控製電池電極結構，為(wei) 電動汽車等行業(ye) 打開了新的電池幾何結構和更輕的電池組的大門。

■傳(chuan) 統的電池電極是由加工工藝製造完成的，3D打印電極的工藝拓寬了電池和電池組幾何形狀的設計可能性，並且可以獲得更好的能量密度和性能。（圖片來源：Photocentric）

電池電極通常是通過將活性材料攪拌成漿狀，然後澆注到薄片上，通過碾壓和分切形成袋狀或紐扣狀的電池單元，然後將這些電池單元排列到一個(ge) 矩形或圓柱形的外殼中。用這種方法製造儲(chu) 電量更大的電池需要更厚的電極，並將這些電極堆疊在一起，但這可能會(hui) 導致開裂。因此，追求更好的性能可能導致產(chan) 生更重、更大的電池組，卻無法為(wei) 特定產(chan) 品提供最佳效率及能量範圍。

“這樣的製造工藝會(hui) 使得電池的設計缺乏靈活性。”正在研究解決(jue) 方案的photocentric公司的化學主管薩拉·卡梅爾（Sarah Karmel）說。這家總部位於(yu) 英國彼得堡的立體(ti) 光刻式3D打印機供應商目前正在探索3D打印電極的技術，致力於(yu) 將其應用在電動汽車和其他需要電池供電的產(chan) 品——例如無人機。增材製造的電極可以做成任何形狀和配置，為(wei) 製造充電速度更快、重量更輕的電動汽車開啟了新的大門，以此實現更好的續航裏程——這將有助於(yu) 克服長期限製電動汽車發展的不利因素。

3D打印可優(you) 化電池電極結構

增材製造給傳(chuan) 統行業(ye) 和應用帶來了幾何形狀設計上的自由：試想一下，一個(ge) 噴氣燃料噴嘴現在隻有1個(ge) 零部件，而不是由20個(ge) 零件組成；或者一個(ge) 電動汽車的結構部件，重量隻有傳(chuan) 統形狀和焊接工藝前一步驟時的一半。3D打印電池可為(wei) 其帶來幾何形狀的自由，允許電池和電池組的設計更適應汽車的設計，而不是強迫汽車在設計時隻能適應傳(chuan) 統的電池組的形狀，這將會(hui) 為(wei) 電動汽車的設計帶來新的可能。

卡梅爾認為(wei) 電動汽車電池的靈活性並不局限於(yu) 電池或電池組的整體(ti) 形狀，電極本身，也就是一起組成電池單元的陽極和陰極的設計中也有新的機會(hui) 。通過與(yu) 仿真技術公司的合作，Photocentric正在學習(xi) 設計采用3D打印技術優(you) 化的電極架構，這在以前是不可能實現的。

■傳(chuan) 統的電池電極結構（左）限製了陽極和陰極的可能配置方式；3D打印架構（右）可進行創新設計，例如通過電極交叉堆疊增加能量密度

“電極可以用一種不同的方式協同工作。”卡梅爾說道。這些新架構的電池占據的麵積更小、幾何形狀更靈活，可以電池的能量密度變得更高。例如，陽極和陰極可以插疊起來，從(cong) 而獲得比堆疊配置的電池能量密度更高、效率更高的電池。

3D打印工藝可以改變電極的微觀結構以獲得更好的性能：微觀孔隙率引入了離子遊離的路徑，從(cong) 而使離子流量和體(ti) 積能量密度增加，因此，更小、更輕的電池也可獲得相同的電量。該電池可以有更多的配置，以精確地適應汽車或者其他應用。

■更多的孔為(wei) 離子提供更多的通道，這有助於(yu) 增加電池電極的能量密度

用光聚合技術製造電池

這些3D打印電池的過程類似於(yu) 用光聚合過程製造任何其他產(chan) 品：電極使用專(zhuan) 有的光聚樹脂進行3D打印——該樹脂常用於(yu) 商業(ye) 電極粉末和導電添加劑的粘合劑；然後將綠色打印的零件部分清洗和固化，並進行脫脂和燒結以除去聚合物，隻留下活性電極材料。Photocentric已經為(wei) 3D打印電池開發了一個(ge) 獨立的係統，零件從(cong) 打印到清洗和後處理可自動運行，避免了汙染或損壞精密電極的風險。

3D打印電池項目對電動汽車產(chan) 生影響與(yu) Photocentric公司對自身運營可持續性的追求相吻合。Photocentric 3D打印機依靠可見光而不是紫外光來固化光聚合物部件——這一因素意味著機器運行時消耗的能量更少。來自可再生資源和回收利用的新的可持續材料的研究也在進行中。

■Photocentric 3D打印機

到目前為(wei) 止，該公司正在研究包括鋰鈷氧化物（LCO）和鈦酸鋰（LTO）在內(nei) 的電極材料。卡梅爾表示，該3D打印平台與(yu) 材料無關(guan) ，其也可以支持其他已有的電池化學物質。Photocentric公司目前的目標是尋找能夠提供最佳化學材料和最有用的幾何圖形設計的行業(ye) 合作夥(huo) 伴，並在汽車上展示其3D打印電池技術。

“我們(men) 可以在實驗室中打印出可以工作的電池，但現在的問題是，它在實際設備中運行的性能如何。”卡梅爾說道。如果在實際設備中運行成功，3D打印電池電極可以為(wei) 更輕的電動車奠定基礎，在不改變電池組的大小的情況下提供更好的續航裏程；或者為(wei) 汽車提供更容易塑形及配置的小的電池組，但可以提供與(yu) 當今大型重電池組相同的續航裏程。更好的電池性能可以提高電動汽車的使用率，從(cong) 而推動可持續發展的交通方式走向下一個(ge) 進程。