2026年5月15日，南极熊获悉，一项发表在《材料科学与工程R》上的题为“3D printing in lithium battery manufacturing: Opportunities,challenges, and perspectives/锂电池制造中的 3D 打印：机遇、挑战和前景”的研究综述认为，只要解决几个尚未解决的材料和工艺问题，3D打印技术就可以从实验室原型制作过渡到主流锂电池制造。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2026.101211
本文由 Jing Wei、SirapraphaDeebansok、Xin He等人联合撰写。论文文的核心论点是，3D打印定义的结构（而不仅仅是化学成分）正成为影响电池性能的重要变量。为了论证这一观点，本文综述了四种打印技术的实验结果：直接墨水书写、激光粉末床熔融、基于光聚合的方法（包括立体光刻和数字光处理）以及熔融沉积成型。
△（A）锂离子电池制造工艺示意图。（B）应用于锂电池组件的3D打印技术。图片来自Jing Wei等人，《材料科学与工程：R：报告》。
工程性能提升与技术极限
它所汇总的性能对比数据非常具体。传统的浆料涂覆电极在实际电流下活性物质利用率约为50-70%。而3D打印电极通过构建互连的孔隙网络，保持离子传输通道在较厚电极上的畅通，从而在1C倍率下将这一数值提升至80-90%。
本次综述中调查的一个研究小组打印了一种厚度约为1500微米的磷酸铁锂（LFP）正极材料，面容量达到7.5毫安时/平方厘米，是目前最先进的LFP正极材料的标杆值。采用打印正极材料和锂金属负极的纤维素纳米纤维基全电池在10C倍率下循环3000次后，容量保持率仍高达85%。
在固态电解质领域，制造方面的争议最难驳斥。氧化物基固态电池需要脆性陶瓷组件之间实现精确的界面接触，而传统的压制和烧结工艺难以做到这一点。
综述记录了打印的LLZTO电解质结构，烧结后仍能保持1 mS/cm的离子电导率，界面电阻低至20 ohm·cm²。厚度为50 µm的LLZTO/PVDF复合界面层在室温下实现了0.83 mS/cm的电导率，断裂前伸长率为327%。
然而，这些障碍不容忽视，本论文也并未轻视它们。低于100 µm的打印分辨率在不同技术之间仍存在差异。如何在保持可靠沉积所需的流变稳定性的前提下，实现70 wt%以上的陶瓷负载量，被认为是关键的科学瓶颈。
熔融沉积成型技术是目前最易于获取且工业化程度最高的技术之一，但喷嘴直径仅为200-400微米，限制了结构分辨率。此外，不同打印层之间的界面电阻问题（这一难题尤其困扰固态器件设计）尚未得到系统性解决。
为了应对这些权衡取舍，综述指出，高斯过程回归可用于油墨配方优化，生成式建模可用于微观结构设计，但它将两者都视为新兴方向，而非已验证的解决方案。其基本逻辑在于，材料、流变学和器件几何形状之间的高维参数空间过于庞大，仅靠穷举实验无法完全覆盖。
即便如此，商业化生产效率的问题仍未得到充分解决。卷对卷狭缝涂布工艺的运行速度为10-50米/分钟，每小时的面积产量远高于目前的打印系统。对于标准薄膜电极而言，3D打印在生产效率方面无法与之匹敌。
但对于超厚电极（>300 µm）、固态架构、柔性外形尺寸和微型电池而言，传统工艺的几何限制反而成为瓶颈而非优势。这些领域是否值得投入资金和工艺开发成本，将打印技术从研究工具推广到生产线，这一问题在本次综述中仍未得到解答。
△3D打印锂离子电池 (LIB) 的设计、技术、挑战和产业化路径概述。
从实验室理论到硬件验证
面向架构定义性能的发展趋势正从研究转向硬件验证。今年，MaterialHybrid Manufacturing公司筹集了710万美元，用于将一种能够将电池组件直接3D打印到器件结构中的平台商业化。根据美国空军的合同进行的早期测试表明，能量密度提高了50%以上，重量减轻了22%以上。这些性能提升是通过消除标准固定尺寸电池单元产生的空隙实现的。
尽管将精密打印扩展到不规则形状所需的工程技术仍然是一个重大瓶颈，但国防资本的投入证实，结构几何现在是实现仅靠化学无法实现的性能提升的主要工具。
干法打印电极的耐久性限制也正逐步得到解决。2025年11月，Sakuu公司报告称，在Kavian干法打印平台上生产的NCM电池在4000次充放电循环后仍保持83%的容量。
△3D打印电池。图片来自Sakuu。
传统的NCM电池通常需要循环2000次以上且健康状态保持在80%以上才能符合电动汽车应用的要求。结果是在不使用新材料或进行额外优化步骤的情况下实现的，采用的是石墨负极和完全干法打印的NCM811正极，并以1C/1C倍率进行循环测试。
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