国産全固体電池自動3Dプリント製造プラットフォームが正式リリース

2023年7月、南極熊は、高能数字製造（西安）テクノロジー株式会社（以下、「高能数字製造」）が新世代の全固体電池小規模試作自動製造プラットフォームを正式にリリースしたことを知りました。これは、電池3Dプリント技術の助けを借りて、国内企業が全固体電池サンプルの高効率で統合された生産を自主的に実現できることを示しています。

△高能デジタルの新世代全固体電池小規模自動製造プラットフォーム高能デジタルが発表した全固体電池自動サンプル製造プラットフォームは、厳密な意味での単なる電池製造設備ではなく、産業グレードの可能性を秘めた「全固体電池の統合製造」のサンプル生産ラインです。この生産ラインの助けにより、バッテリースラリーとバッテリーセルの準備を迅速に実現し、最終的にバッテリー統合パッケージ成形を実現できます。

高能数字製造が新たに発表した3Dプリント技術に基づく全固体電池自動サンプル製造プラットフォームは、従来の固体電池製造技術と比較して、原材料の損失がほぼ「ゼロ」であることを実現し、同じ生産能力規模（1人が独立して生産ラインを操作できる）で人件費を90％削減し、人員効率を大幅に向上させます。電池セル製造プロセスでは、10μmレベルの高精度電解質フィルム製造を実現できるだけでなく、研究開発のニーズに応じて特殊構造電極の製造も実現し、将来の新型電池開発にさらなる可能性をもたらします。

製造プラットフォーム全体は、パルプ化システム、コア製造システム、パッケージングシステム、大気保護システムの 4 つの主要コンポーネントで構成されています。

スラリー製造システムは主に、電極粉末を溶剤、安定剤、酸化剤と完全に混合して、バッテリースラリーが均一に混合され、安定し、均一な品質であることを保証するために使用されます。

コア製造システムは、Gaoneng Digital Manufacturing の現在のコア技術システムです。従来のコア製造プロセスと比較して、Gaoneng Digital Manufacturing のバッテリー 3D プリントプロセスでは、従来の正極と負極のコーティング、複数のスライスなどの複雑な手順を必要とせずに、バッテリーセルの統合的な準備を実現できます。生産リンクの削減により、生産効率が向上しただけでなく、製品の歩留まりも向上しました。 Gaoneng Digitalは自社開発の電池3Dプリント設備TOP.E M20と組み合わせることで、厚さ10μmの電解質フィルムの製造に成功し、さまざまな空間構造を持つ電極の印刷と製造を実現し、新型電池の研究開発と科学研究の検証に強力な設備サポートを提供します。

Gaoneng Digital Manufacturing の統合パッケージングシステムは、従来の生産ラインのように標準化されたバッテリーシェルのパッケージングを実現できるだけでなく、3D 印刷技術を利用してカスタマイズされたバッテリーシェルの準備とパッケージングも簡単に実現できます。

同時に、Gaoneng Digital Manufacturing がリリースした製造プラットフォームには、全プロセス雰囲気保護システムが統合されており、バッテリーセル製造プロセスの環境安定性を確保しています。

この製造プラットフォームの開発成功は、主に Gaoneng Digital Manufacturing が独自に開発した、バッテリー製造向けに特別に設計されたスラリー押出ラミネーション (SEL) 積層造形技術に基づいています。 Gaoneng Digital Manufacturing は、この技術基盤を頼りに、独自に開発した高効率のマルチノズル印刷システムを組み合わせることで、独自に設計された 3D 構造を持つバッテリーの統合製造を実現しました。これにより、バッテリー製造プロセスがよりシンプルかつ効率的になるだけでなく、バッテリー内部に独自に設計された 3D 構造パスを実現できるようになり、全固体バッテリーの大規模生産のための新しいインテリジェント製造ソリューションが提供されます。

バッテリー製造プロセスの破壊と革新：3Dプリントが高性能バッテリーの設計と製造に翼を与える

△2023年7月15日、深セン大学で第1回電池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。これは中国で初めての公開バッテリー3Dプリント交換イベントです。

中国で3Dプリントバッテリーを専門とする数少ない企業の1つであるGaoneng Digital Manufacturingの共同創設者兼CTOであるヤン・カン博士は、「バッテリー製造技術における破壊的変化と革新 - 3Dプリントが高性能バッテリーの設計と製造に翼を与える」と題した講演を行い、その場で3Dプリントバッテリーのデモンストレーションを行いました。

△高エネルギーデジタル3Dプリント電池「3Dプリントされた固体電池は、切り開いても比較的安全で、ショートして発火することはありません。当社の最も薄い電池は300〜400ミクロンです。」

「米国のSAKUUの3Dプリントバッテリーは出荷準備が整っているとのこと。そのプロセスはスクリーン印刷のようです。私たち自身もスクリーン印刷を試しましたが、単層の一貫性は良くありません。また、スクリーンに対するプロセス要件も高く、私たち自身で行ったところ、スラリーに付着し、ポールピースの一貫性が悪くなることがわかりました。積み重ねやコーティングの際にも問題があります。これらの面で優れた技術の蓄積があるのかもしれません。彼らは3Dプリントを強く推奨しています。形状や構造の設計の自由度が高く、電化製品のバッテリー寿命を向上できる可能性があります。」

「電極を厚くするのは難しい。3Dプリント技術を使って電極を作り、内部に細孔構造を設計して電解質の浸透を容易にすれば、イオン透過性が向上するだろう。」

「私たちが連絡を取っている3C家電メーカーも、正極と負極の両方で使用される急速充電と放電の実現に取り組んでいます。」

「私たちは主に全固体電池を作るために3Dプリント技術の活用を推進しています。主な問題は界面に集中しているので、私たちが最初に考えるのは、3Dプリント技術を使って電解質と電極の界面構造を設計し、両者の接触を高めることです。」

「高エネルギー密度バッテリーは化学的に不活性な部品の質量を最小限に抑えることで作られるため、カスタマイズされたセパレーターを可能な限り薄くするよう努めています。当社の現在の3Dプリンターでは、最薄7ミクロンまで製造可能ですが、19ミクロンや20ミクロンなど、より厚くすることも可能です。」

「インサイチュー硬化とは、3D プリントを使用して電極と電解質をその場で硬化させることです。これは、従来の固体電池業界では解決できない問題です。言い換えれば、インサイチュー硬化を使用すると、両者のインターフェースを改善し、両者のインターフェースが非常によく接触するようにすることができます。」

「当社の現在の3Dプリントバッテリーは、性能基準を満たしているだけでなく、場合によっては従来のプロセスよりも生産コストが30％低くなります。」

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