10μmレベルの高精度全固体電池統合インテリジェント製造を実現できるGaoneng Digital Manufacturingが新世代の電池3Dプリンターをリリース

出典：サイエンスチャイナ＆ハイエナジーデジタルマニュファクチャリング

今後 10 年間で、バッテリー業界は革命的な変化を遂げ、現在の技術環境も変化するでしょう。この変革において、固体電池は大いに期待される技術的方向性として見られています。 2022年7月21日に開催された世界電力電池会議で、中国科学院院士の欧陽明高氏は、技術的観点から見ると、固体電池は最も注目すべき技術の一つであり、2035年までにエネルギー密度500Wh/kgの次世代電池が量産可能になると予想していると指摘した。

△ 3Dプリント固体電解質構造プロセスの概略図（Materials Today、Sun Xueliang他）
しかし、さまざまな理由により、固体電池の製造は常に困難であり、まだ生産には至っていません。しかし、3Dプリンティング技術が発展するにつれて、この状況は変わり、次世代のバッテリーの製造と市場投入に役立つことが期待されています。したがって、3D プリントされた固体電池は、将来の電池業界の次のトレンドになると予想されます。

3Dプリントバッテリーの市場展望は非常に広く、その用途は電気自動車に限らず、携帯電話やウェアラブルデバイスなど多くの分野に及びます。しかし、真の規模の生産と商業的競争力を達成するには、まだいくつかの課題を克服する必要があります。その中で、高精度とマルチマテリアル統合印刷技術は、3Dプリントバッテリーが量産化に向けて進むために解決する必要がある主な問題です。

設備面でも材料面でも、長年の開発を経て、多くの企業が研究室から生産工場へと移行し、3Dプリントバッテリーを市場に投入しました。海外では、米国のSakuu Corporation、ドイツのBlackstone Technology、米国の6K、英国のPhotocentricなどの企業がこの分野に参入し始めています。中国には、Gaoneng Digital Manufacturing (Xi'an) Technology Co., Ltd.のように、3Dプリントバッテリー技術の応用を積極的に模索している企業もあります。

高能数値製造（西安）科技有限公司は、新エネルギー電池の製造に注力する企業であり、2021年に正式に新エネルギー電池3Dプリントの分野に参入しました。世界の新エネルギー電池 3D 印刷技術の先駆者および革新者として、Gaoneng Digital Manufacturing は西安交通大学国家迅速製造工学研究センターの長春 3D 印刷イノベーションセンターで育成されました。同社はスラリー押出ラミネーション（SEL）積層造形技術を独自に開発し、ユーザーのニーズに合わせてカスタマイズできる電池専用3Dプリンターを発売した。この技術により、独自に設計された 3D 構造を持つ複雑な形状のバッテリーを低コストで迅速に製造できるようになります。 Gaoneng Digital Manufacturing は、3D プリントバッテリー機器の産業化に注力し、それを開始した国内初の企業として、新エネルギーバッテリー製造業界に、より効率的でインテリジェントなソリューションを提供することに取り組んでいます。

△高能デジタル製造は、常温常圧で安全性が高く、性能に優れた全固体電池サンプルを3Dプリントしました。最近、高能デジタル製造は、全固体電池統合インテリジェント製造の10μmレベルの高精度と高い設計自由度を実現できる新世代の電池3Dプリント装置を発表しました。この装置は材料適応性が広く、特別な改造や調整をすることなく、さまざまな材料を直接使用して統合バッテリー製造を実現できます。さらに、この装置は革新的な構造設計を通じて全固体電池の固体-固体界面を改善し、電池性能を効果的に向上させます。この装置は、異なる正極材料と負極材料ごとに異なる電解質層を印刷することができ、段階的な電解質層の効率的な製造を実現し、全固体電池における固体間界面インピーダンスが大きいという問題を解決します。さらに、この装置は、電極層の表面で電解質スラリーをその場で凝固させ、しっかりと結合した固体-固体界面接触と連続的なイオン輸送経路を形成することもできます。このデバイスの登場により、全固体電池の工業生産が促進され、電気自動車、電気航空、スマートウェアラブルデバイスなどの分野に、より高品質の電池製品が提供されることになります。

△ Gaoneng Digital社製TOP.E M20全固体電池3Dプリンター
超高精度印刷

TOP.E M20は10μmの超高精度製造を誇ります。インテリジェントに統合されたミクロンレベルのレーザーセンサーと自動レベリングシステムと組み合わせることで、複雑な構造の電極層と電解質層の高精度印刷を実現し、各バッテリー内の各層間の全体的な製造の一貫性と安定性を確保します。

TOP.E M20は高精度製造の利点を活かし、10μm厚の電解質フィルムの高効率印刷・製造を容易に実現できるだけでなく、正極・負極材料を使用して、連続したマイクロチャネルと微多孔構造を持つ特殊な厚い電極を迅速に印刷・製造し、バッテリー性能を向上させるためのより広い想像空間を提供します。

TOP.E M20は、モジュールカスタマイズのスペースが広く、カスタマイズされたスクレーパーモジュールを追加した後、高精度のスクレーピング技術と連携して、さまざまな構造の電極を迅速に製造できます。

多素材統合製造

TOP.E M20はマルチマテリアルスイッチングシステムを採用しており、全固体電池セルの統合製造を自動的に実現できます。インテリジェントな統合温度制御プラットフォームにより、独自の設計の全固体電池の製造を瞬時に簡単に実現できます。

同時に、TOP.E M20に統合されたマルチマテリアル印刷システムは、電解質層と電極層の段階的な設計を実現できます。自動材料切り替え装置により、異なる配合と機能特性を持つバッテリー材料を統合的に印刷できるため、バッテリー材料の精度が向上し、構造がより洗練され、性能がより優れています。

革新的な全固体電池インターフェース最適化ソリューション

それだけでなく、TOP.EM20の画期的な統合製造プロセスにより、全固体電池のin-situ固体連続積層製造が実現され、全固体電池の固体-固体界面の最適化に独自の革新的なソリューションが提供され、さまざまな独自の構造を持つ全固体電池を狭いスペースで製造できるようになりました。

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