美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL)與推動次世代鋰電池(LiB)製造技術與固體電解質材料開發的Ampcera合作,將著手展開適用於3D結構陰極製造之雷射粉床融合成型(L-PBF)積層製造(Additive Manufacturing)技術的開發。此項研究計畫已獲選為美國能源部先進製造辦公室資助的30項研究計畫之一,並於6月獲得150萬美元的資金提供。
入選的研究項目區分為製程創新、先進材料製造、能源系統等3大領域,LLNL的「Dry Laser Powder-Bed Fusion for Structured Cathode Manufacturing」計畫則入選於能源系統領域。此領域的選定項目旨在實現提高安全性、降低成本並縮短市場投入時間之鋰離子電池創新製程的開發。
無溶劑雷射粉床融合成型技術(L-PBF)做為高功率、低成本鋰離子電池電極的製造手法受到矚目。L-PBF最初是為3D列印金屬零件而開發,LLNL的研究中即計畫利用此項積層製造技術將陰極粉末混合物熱結合於鋁集電體上,以生成獨特的3D構造,期從而實現更快速充電與更高能量密度之電池製造。
LLNL表示,此項研究可透過環境友善的製程,製造出高容量、厚實的3D陰極結構,進而實現鋰離子電池可在15分鐘內達到80%電量的快速充電目標。此外,不使用溶劑的超高速雷射加工亦具有提高產量、降低能耗與成本、提高電池功率與能量密度、實現電池大規模生產的潛力。
Ampcera 憑藉其在高性能固體電解質與電極材料方面的技術實力,今後將為LLNL提供經過高度設計之先進L-PBF加工用陰極粉末。LLNL與Ampcera在電池製造方面進行密切合作之外,並將展開實際性能的評估。在開發出3D結構陰極之後,LLNL計劃將新技術擴展至陽極設計,並探索其在具有更高能量與功率密度之全固態鋰金屬電池的應用。