リチウム電池大手のCATLが3Dプリント技術者を採用、同社の「ライトハウスファクトリー」では積層造形を採用

南極熊の紹介：リチウム電池業界のリーダーであるCATLは3Dプリントエンジニアを募集しており、同社の「灯台工場」ではすでに積層造形が使用されています。

2023年12月14日、CATLの公式サイトは、世界経済フォーラム（WEF）がこのほど「灯台工場」の最新リストを発表し、リチウム電池業界のリーダーであるCATLの溧陽拠点が選ばれたと発表した。これは寧徳基地、宜賓基地に続いてCATLに授与された3番目の「灯台工場」である。

「ライトハウスファクトリー」プロジェクトは、経営コンサルティング会社マッキンゼーと共同でダボス世界経済フォーラムに選出されました。このプロジェクトは「世界最先端の工場」として知られており、「デジタル製造」と「グローバリゼーション 4.0」の模範的なデモンストレーターでもあり、今日の世界の製造業における最高レベルのインテリジェント製造とデジタル化を表しています。

△ CATL 溧陽基地世界経済フォーラムは、生産能力需要の急増や人件費の上昇などの問題を解決し、CATLのカーボンニュートラル目標を達成するために、CATLの溧陽基地は、ビッグデータを使用して品質検査をシミュレーションしたり、積層造形（3Dプリント技術）でライン変更時間を短縮したり、コンピュータービジョン技術を使用してミクロンレベルの品質検査を実現したり、ディープラーニングを使用してプロセス制御とエネルギー管理を最適化したりするなど、さまざまな対策を講じていると考えています。実施が成功した後、溧陽基地の生産能力は320％増加し、製造コストは33％削減され、単一製品の故障率は100万分の1から10億分の1に減少し、二酸化炭素排出量は47.4％削減されました。

3Dプリントがリチウム電池製品の生産を加速

ここで言うライン変更時間の短縮とは、異なる製品を生産するために生産ラインを切り替えることを指し、これには人、機械、材料、方法、環境の切り替えが含まれます。「前品種の最後の良品が完成し、モデルチェンジが始まる」から「次品種の最初の良品が生産される」までの所要時間。ラピッドプロトタイピング技術として、3D プリント技術は研究開発や試作において独自の利点を持っています。

関係者によると、CATLはこれまで、ポリライト、ユニオンテック、レイズ3Dなどのメーカーから、SLM金属、SLA光硬化樹脂、FDMポリマー印刷などの主流の技術プロセスをカバーする3Dプリンターを一括購入していた。これらの設備は、研究開発、試作、ツール製造のニーズを満たすことができます。

バッテリー大手が3Dプリントの人材を採用

同時に、南極熊は、CATLがBOSS直接採用プラットフォームで3Dプリントエンジニアを募集していることに気付きました。採用された人材は、3Dプリント実験室の計画と建設を担当し、3Dプリント（金属/非金属材料）プロセス技術の開発を担当し、金属の加減算、熱処理などのプロセスに精通している必要があります。これは基本的にCATLが購入した3Dプリンター機器と一致します。

さらに、Liepin プラットフォームでの 3D プリントのツールおよび治具設計エンジニアも募集しています。3D プリント製品の技術要件と技術詳細を十分に理解し、金属、セラミック、その他の関連材料の 3D プリント技術の実務経験を持ち、3D プリント技術の開発管理とプロセス検証を担当することが求められます。
詳しい採用情報については、[3Dプリンティング人材募集]コラムをご覧ください https://www.nanjixiong.com/forum-47-1.html
バッテリー分野における3Dプリントの応用可能性

Nanjixiong 氏は、現在、CATL がこれらの 3D プリンターを、次のようなリチウム電池の補助設計と補助生産に使用していると考えています。

バッテリー構造の設計と検証: バッテリーの研究開発段階では、積層造形技術を使用してプロトタイプを迅速に製造し、設計を迅速にテストして改善することができます。特殊な構造の電池を製造する必要がある場合、電池の形状や構造の設計と検証をカスタマイズして、さまざまなタイプの電池用途に合わせることができます。

バッテリー構造の軽量設計: 積層造形技術を使用することで、軽量でありながら十分な強度と性能を備えたコンポーネントを設計できます。これは、エネルギー効率と航続距離の向上が求められる電気自動車などの用途にとって重要です。

バッテリーパックの放熱設計: バッテリーは動作中に熱を発生しますが、積層造形技術を使用してより効果的な放熱構造を設計し、バッテリーの性能と寿命を向上させることができます。

生産ラインのツールと治具の製造: CATL の自動化されたリチウム電池生産ラインでは、多数のツールと治具が使用されていますが、これらは 3D プリンターを使用して直接製造できます。

バッテリー3Dプリント技術の台頭

前述の製造会社が使用する一般的な方法に加えて、3Dプリント技術はリチウム電池会社にとってもう一つの重要な開発方向であり、それはリチウム電池の製造に直接使用されることです。この技術は2013年に始まり、ハーバード大学のジェニファー・A・ルイスが率いるチームによって提案されました。研究チームは空気圧直接書き込み3Dプリンターを開発し、これを用いて正極材料にLiFeP04、負極材料にLi4Ti5012を使用した、インターレースシートによる3次元リチウムイオン電池を印刷した。印刷されたバッテリーはそれぞれ 8 層と 16 層を持ち、優れた電気化学性能を示しました。

△ハーバード大学の科学者による3Dプリントリチウム電池の模式図（出典：徐鋒、「低温直接描画3Dプリントによるリチウムイオン電池用高負荷多孔質電極製造技術の研究」）
それ以来、長年の研究開発を経て、熱溶解積層法（FDM）、選択的レーザー焼結法（SLS）、直接インク書き込み法（DIW）、インクジェット印刷（IJP）などの印刷技術など、さまざまな3D印刷方法が徐々にバッテリー分野に適用されるようになりました。これまでの研究のほとんどは、従来のリチウム電池に焦点を当ててきました。現在、3D プリンティングは、半固体電池や固体電池の研究、開発、製造にも使用されています。

△3D プリントのタイムライン、出典:「リチウム電池における 3D プリント技術の新たな応用: 液体から固体へ」
Sakuu、Blackstone、6Kなどの海外企業は、この点で大きな進歩を遂げています。今年5月、 3Dプリント固体電池の開発企業であるSakuuは、市販のリチウム金属電池を発売し、業界認証ライセンスを取得しました。 Sakuu は、シリコンバレーのバッテリーパイロット施設で 5 Ah パウチセルのサンプルを提供しています。「3D プリントとの互換性により、熱管理に対する新しい独自のアプローチを通じて、バッテリーパッケージボリュームの効率的な使用がさらに向上します」と Sakuu の創設者は述べています。「Sakuu は、カスタマイズされた形状とサイズで、完全に機能する高性能バッテリーを一貫して 3D プリントすることに成功しています。」「ドライプロセスでカスタマイズされた構造のバッテリーをプリントすることは、すべての業界で将来のバッテリー製造に革命を起こす可能性を秘めた真のブレークスルーです。」

△Sakuu電池3Dプリント工場のレンダリングリチウム電池の世界的リーダーとして、Antarctic BearはCATLがリチウム電池の直接3Dプリントにも何らかの準備を整えていると考えています。

2023年7月15日、深セン大学で第1回バッテリー3Dプリント会議が開催されました。このセミナーは、南極熊3Dプリントネットワークと深セン大学付加製造研究所が共同で主催したもので、多くの専門家の注目を集めました。全国各地から3Dプリント、大学、新エネルギー、投資などの分野から100名を超えるゲストがその場に集まり、リラックスした有益な交流が行われました。詳細レポート: https://www.nanjixiong.com/thread-163642-1-1.html

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