全文6800字，阅读需要12分钟。本文分享3D打印在固态电池领域的系列文章之一，Sakuu公司的过去现在和未来，如果觉得AM易道文章有价值，请读者朋友帮忙转发点赞在看评论，支持AM易道创作。
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AM易道导语：
本文应AM易道读者群的专业投资机构邀请选题创作。
关于3D打印固态电池，内容较广较深，AM易道尽可能详尽的覆盖此领域，将以系列文章形式呈现，此文为3D打印固态电池系列之一。也请读者朋友关注后续更新。
在电动汽车和可再生能源飞速发展的今天，电池技术的创新正成为全球科技竞争的焦点。
固态电池因其高能量密度、安全性和快速充电等优势，被视为下一代电池技术的希望。
然而，固态电池的规模化生产一直是一个难以逾越的障碍。
在此背景下，一家名为Sakuu的创新公司带来了令人耳目一新的解决方案—利用3D打印技术制造固态电池。
这个想法乍听之下似乎有些异想天开，因为不同于3D打印的传统应用，固态电池的结构复杂、材料种类切换频繁，且传统堆叠的方式已比较成熟，非常适合大规模制造。
但Sakuu的技术却引起了业界的广泛关注。
那么，3D打印真的能够重塑固态电池产业吗？
让我们先从这家公司开始，一起来深入了解其技术与商业布局。
聊聊固态电池的基本认知
固态电池和传统锂离子电池工作原理相似 - 都是通过锂离子在正极和负极之间的来回移动来存储和释放电能。
不同之处在于它们的内部结构。
传统的锂离子电池就像是一个装满液体的三明治。
两片面包分别是正极和负极，中间夹着一层多孔的塑料薄膜(隔膜)，整个三明治都浸泡在一种特殊的液体(电解液)中。锂离子就在这个"液体三明治"里游来游去。
而固态电池则是一个“干三明治"。
它把中间的液体电解质换成了固体材料，通常是某种陶瓷或聚合物。这个固体既起到隔离正负极的作用，又能让锂离子通过。
更厉害的是，固态电池的负极可以直接使用纯锂金属，不再需要像传统电池那样用石墨来容纳锂离子。
这种结构带来了几个好处：首先，去掉了易燃的液体电解质，安全性大大提高; 使用纯锂金属负极可以大幅提升电池的能量密度；
固体电解质能够更好地阻挡锂枝晶 （一种可能导致短路的尖锐内生结构）的生长。
然而，制造这种"干三明治"并不容易。固态电池需要在高温下将各层材料紧密"烧结"在一起，确保锂离子能顺畅通过，这个过程更复杂，成本也更高。
固态电池的传统生产方法
固态电池的传统大规模生产方式本质上是一个多层堆叠的过程。这种方法源于现有的锂离子电池生产技术，但因为使用了固态电解质而变得更为复杂。
生产开始于各个组件的单独制备。正极材料通常会与导电添加剂和粘合剂混合，然后涂覆在金属集流体上。固体电解质则需要通过如烧结或溶胶-凝胶等方法制成薄而均匀的层。
负极通常是纯锂金属，需要特殊处理以确保其纯度和表面状态。
在组装阶段，这些预制的层以“卷对卷”的方式被精确地依次叠放。这个过程需要在严格控制的环境中进行，以防止污染和水分进入。
之后固态电池通常需要经过高温高压烧结处理，以确保各层之间形成良好的界面接触。
然而，当这个过程扩展到大规模生产时，就会面临诸多挑战。
保持每个电池单元的一致性变得极其困难。
微小的变化，如层厚度的偏差或界面接触的不均匀，都可能导致性能的显著差异。
此外，高温高压处理在大批量生产中也带来了额外的复杂性和成本。
全世界所有用3D打印攻坚固态电池的团队，都在思考如何用3D打印技术来更快更便宜更一致的制造更优异的“干三明治”结构。
Sakuu公司：从KeraCel到硅谷新秀
Sakuu公司的故事要从2016年说起。
当时，这家公司还叫KeraCel Inc.，专注于开发多工艺增材制造技术。
2021年，公司更名为Sakuu Corporation，并正式宣布进军固态电池领域。
AM易道猜测，一家地道的美国公司改名日语，可能是由于日本相关企业投资导致。
Sakuu的名字来源于日语，意为"绽放"，寓意公司希望在电池技术领域绽放光彩。
核心团队介绍
据AM易道了解，Sakuu公司的核心创始团队由三位经验丰富的科技行业资深人士组成，他们共同为公司带来了深厚的技术背景和丰富的管理经验。
首先是公司的创始人兼CEO Robert Bagheri。
Robert在半导体、消费电子和无线通信领域拥有超过25年的高管经验。在创立Sakuu之前，他曾在多家知名科技公司担任重要职务，包括Telewave、EoPlex、Zenverge、Applied Micro、Silicon Image和SiRF Technology等。
在这些公司中，Robert展现了出色的领导能力，成功推动了公司的增长和技术创新，特别是在供应链管理、成本控制、质量改进和产品生命周期管理方面积累了丰富的经验。
与Robert一同创立Sakuu的还有Siamak Azizi，他现任公司的运营和产品工程副总裁。
Siamak在半导体和3D打印领域也有着丰富的经验。在加入Sakuu之前,他曾在EOPLEX Inc.担任运营、产品工程和质量高级总监，负责管理该公司的3D打印IC封装平台。
此前，他还在Zenverge Inc.、Ensphere Solutions和赛普拉斯半导体等公司担任过重要职务。Siamak的专业知识涵盖了从前端到后端的整个半导体制造流程，以及供应链管理和质量控制等关键领域。
公司的技术方向由CTO Philip Rogren领导。
Philip在加入Sakuu之前，曾在EoPlex Technologies担任多个高级职务,包括高级技术开发副总裁和业务发展副总裁。他在先进制造技术和商业化方面拥有丰富的经验。
Philip的职业生涯还包括在Shellcase Inc.担任市场营销和销售副总裁，以及在Nexus担任产品线经理等职位。
Philip是该公司技术的核心人物，公司关于3D打印的很多核心技术专利，他是唯一发明人。未来AM易道将详细分析。
这三位创始人年龄都不小，但背景高度互补，形成了一个经验丰富的且资源强大的领导团队。
Robert Bagheri的战略视野和运营经验，Siamak Azizi的制造和工程专长,以及Philip Rogren的技术创新能力，共同为Sakuu提供了全面的领导力。
Sakuu3D打印技术核心：革命性的3D打印固态电池技术
Sakuu的核心技术是其自主研发的Kavian 3D打印平台。
这个平台不同于传统的3D打印技术，它能够在同一层中打印多种材料，包括陶瓷、金属、聚合物和玻璃。这种独特的技术为固态电池的制造提供了全新的可能性。
让我们深入了解一下这项技术的技术优势和细节：
1. 基于Binder Jetting的多材料多工艺增材制造
Sakuu的Kavian平台采用了一种创新的多材料、多工艺增材制造方法。
可以说Sakuu的3D打印核心来源于Binder Jetting-粘结剂喷射技术。
具体来说，相较于传统的涂覆，用BJ3D打印设备首先沉积材料粉末颗粒，然后喷射液体固化剂使其固化粘结，形成一层约25微米厚的结构。
但AM易道认为，Sakuu的核心在于通过BJ技术完成多材料打印。
其独特之处在于它能够在单层中打印多种材料，这为电池设计提供了前所未有的灵活性。
例如，Sakuu可以精确控制每一层的厚度和材料组成，从而优化电池的性能和能量密度。
AM易道对于其技术核心的总结是，多材料BJ技术：
通过在不同的打印层使用不同的粉末材料，或者通过在同一层的不同区域使用不同的粘合剂或其他材料混合液体来实现的。
具体的技术解析，将在之后的系列里详细分享。
2. PoraLyte支撑/粘结剂材料
另一个关键创新是Sakuu开发的名为PoraLyte的固化/粘结材料。
这种材料可以在需要形成通道或空隙的地方选择性地沉积，并在后续的烧结过程中燃烧掉。
这使得Sakuu能够制造出具有复杂内部结构的电池，进一步提高能量密度和性能。
AM易道目前未能找到关于此粘结剂配方的公开信息。
3. 定制化的单层/多层电池设计
由于3D打印，Sakuu的技术能够生产具有图案化开口的电池，这些开口用于热管理。
这种独特的设计可以显著提高电池的散热性能，从而提高充放电效率和延长电池寿命。
由于每层的形状可以定制，整体的3D打印固态电池也可以定制形状，这引出了一个3D打印固态电池的关键优势，整体设计自由度。
传统的固态电池由于一卷一卷堆叠的生产方式的限制，只能是矩形的，但凡需要异形设计需要付出极大的生产投入，极大增加成本。
而3D打印固态电池可以做到根据产品形状本身定制电池形状，能够更有效的利用产品的“无效空间”，这给产品性能和设计提供了极大的赋能。
4. 锂金属阳极
Sakuu的固态电池采用了专有的锂金属电池化学。
锂金属阳极相比传统的石墨阳极，能够提供更高的能量密度。
然而，锂金属阳极也面临着枝晶生长的挑战，这可能导致电池短路。
Sakuu声称，其独特的电池设计和制造工艺能够有效抑制锂枝晶的生长，从而提高电池的安全性和寿命。
5. 人工智能质量控制
Kavian平台还集成了人工智能质量检查系统，能够对每一层进行实时检测，最大限度地减少缺陷和废品率。
这不仅提高了生产效率，还确保了产品的一致性和可靠性。
Sakuu的技术进展、自称的性能与优势
Sakuu声称，其3D打印固态电池相比传统锂离子电池，能够实现能量密度翻倍，重量减轻30%。
根据所有的公开信息，性能总结如下，AM易道并未做深入调研验证这些数据的真实性。
在2022年2月，公司的首代非打印锂金属电池达到了800Wh/L的能量密度基准。这标志着Sakuu在实现完全3D打印固态电池的路线图上迈出了重要一步。
公司的目标是到2023年实现超过1200Wh/L的能量密度。
相比之下，当今市场领先的锂离子电池，如在畅销电动车中使用的电池，其能量密度通常在500-700Wh/L范围内。
Sakuu在技术上的突破是持续的。2022年12月，公司宣布成功并持续3D打印出功能完整的高性能定制图案化电池。
这些电池是在Sakuu位于硅谷的电池试点线设施中，以完全干法工艺打印的，具有用于热管理的图案化开口。
在循环寿命方面，Sakuu的电池也展现出优异的性能。
公司报告称，其首代锂金属电池在200次循环后仍保持97%的高能量保持率。
更值得注意的是，这种电池在整个循环过程中保持无枝晶生长。
公司预计，一旦完成800次循环测试，电池仍能保持80%的容量。
如果数据真实，这些进展表明，Sakuu的技术在能量密度和循环寿命方面已经显著超越了当前市场上的主流锂离子电池。
如果这些性能指标能够在实际生产和应用中得到验证，它们将为电动汽车行业带来重大影响，能够提供更长的续航里程和更长的电池使用寿命。
AM易道认为，Sakuu的技术如果能够成功商业化，将为电动汽车行业乃至整个电池领域带来巨大变革。
Sakuu计划在2023年初开始向客户交付第二代全打印固态电池样品。
从AM易道在2023年底查阅到的公开信息中，Sakuu目前通过3D打印打印出的固态电池单元图片如下：
单个单元的电压测试为1.8V。
可以看出，相比于传统方法生产的固态电池，Sakuu的固态电池平整度和厚度还有待优化。
其他的充放电参数、寿命等重要信息均未公开。
专利保护
Sakuu的创新技术得到了强有力的专利保护。公司已获得多项固态电池3D打印相关的重要专利，有代表性的专利如下：
一种带有密封阳极结构的混合固态电池
一种可以创建微反应器或固态电池等主动设备的增材制造系统
一种电子照相多材料3D打印机
这些专利不仅保护了Sakuu的核心技术，还为公司未来的技术发展和商业扩张奠定了基础。AM易道将在今后的系列文章中分析这些内容。
Sakuu商业布局：从两轮车到四轮车
Sakuu的商业战略可谓雄心勃勃。
公司计划首先进军电动两轮车市场，这是一个增长迅速且对高性能电池需求旺盛的领域。
值得注意的是，Sakuu的投资者之一是日本汽车零部件制造商Musashi Seimitsu，这家公司生产摩托车变速箱和电动汽车减速器齿轮。
这种战略合作为Sakuu进入电动摩托车市场提供了重要支持。
除了两轮车市场，Sakuu还瞄准了更广阔的电动汽车市场。
2024年7月，Sakuu与全球领先的EV电池供应商SK On签订了联合开发协议。
这项合作旨在推进下一代电池制造创新，特别是围绕Kavian干法工艺平台的工业化进行。这一战略合作无疑将加速Sakuu技术的商业化进程。
在生产方面，Sakuu采取了稳扎稳打的策略。公司在加利福尼亚州的硅谷设立了一个多功能工程中心，用于电池平台打印计划。
Sakuu的目标是到2030年实现200GWh的年产能。
为此，公司计划在全球范围内建立多个超级工厂。
Sakuu已经聘请保时捷咨询公司来设计这些超级工厂，这再次体现了公司对高质量和高效率的追求。
值得一提的是，Sakuu已经建立了第一个电池生产试点线，能够每年生产2.5 MWh的固态电池。
公司与Relevant Industrial和Honeywell Process Solutions合作设计和开发了这条试点生产线，为未来的大规模生产积累了宝贵的经验。
资金方面，Sakuu也获得了强有力的支持。2022年，公司完成了6200万美元的融资，这笔资金将用于商业化其首代固态电池和推广Kavian 3D打印平台。
Sakuu的其他合作伙伴关系
1. NGK火花塞株式会社：
Sakuu与这家日本电化学材料领域的全球领导者签署了谅解备忘录，共同开发和提供用于Sakuu固态电池生产的陶瓷材料。这种合作无疑将大大加强Sakuu的供应链实力。
2. LiCAP Technologies：
Sakuu与这家可持续和可扩展电极涂层解决方案的领导者建立了合作关系。这种合作旨在为Sakuu的增材制造固态电池技术建立端到端开发的最佳实践，并确保优质电极的可靠商业供应。
3. Livent Corporation：
Sakuu与Livent合作开发了一种新型的可打印锂配方，用于Sakuu的3D打印电池。
这种名为LIOVIX的配方可用于预锂化和锂金属阳极制造，进一步提高了Sakuu电池的性能。
AM易道认为，这些战略合作不仅为Sakuu提供了关键的技术支持，通过整合各方的专业知识和资源，Sakuu正在构建一个强大的生态系统，这对于一个试图颠覆传统行业的创新公司来说至关重要。
Sakuu宣称的3D打印制造优势与成本效益
Sakuu的3D打印技术不仅带来了性能上的提升，还有望大幅降低电池的生产成本。
根据公司自己的估计，相比传统的卷对卷制造工艺，Sakuu的Kavian平台可以：
将工厂占地面积减少44%
将资本支出降低23%
将生产工序数量减少69%
总体生产成本降低33%
这些数字是Sakuu在多次的公开信息自己声称的，如果真的能够在实际生产中得到验证，将对整个电池产业产生深远影响。
此外，Sakuu的技术还具有显著的可持续性优势。传统电池生产过程中使用的有机溶剂不仅昂贵，而且对环境有害。
Sakuu的3D打印工艺完全避免了这个问题。同时，3D打印技术的精确控制也意味着材料利用率更高，废品率更低，这进一步提高了生产的可持续性。
固态电池以外的产品线拓展
除了不断推进其3D打印固态电池技术，Sakuu还在积极拓展其产品线。2023年5月，公司推出了名为Cypress的高能量、高功率密度锂金属电池，并开放制造许可。其宣传这款电池具有出色的性能指标：
活性电池区域能量密度达750-950 Wh/l
比能量260+ Wh/kg
比功率792 W/kg（@ 3C）
3C持续放电，10C峰值放电，可完全恢复
400+次循环至80% SOH（100% DoD）
Cypress电池的推出显示了Sakuu不仅在3D打印技术上有所突破，在传统电池化学方面也有深厚的积累。
但这是比较正向的解读，Sakuu原计划在2023年初开始向客户交付第二代全打印固态电池样品，但AM易道并没有查到任何交付信息。
根据AM易道前文中提到的其展示的全固态3D打印电池的一些可见缺陷，从负面的质疑角度来看，发布非纯固态电池可能不是理想之举，也有可能意味3D打印纯固态电池的研发进展不及预期。
未来展望与挑战
尽管技术看起来前景光明，但公司仍然面临着巨大的挑战。从实验室技术到大规模商业化生产，还有很长的路要走。
直到此文发布时，Sakuu的所有公开信息并未展示其基于3D打印固态电池的大规模生产能力。
电池行业是一个技术壁垒高、资金需求大的领域，任何新技术的推广都需要经过长期的验证和优化。
此外，AM易道猜测Sakuu还面临着来自传统电池制造商和其他固态电池创新公司的激烈竞争。
然而，AM易道认为，Sakuu的多材料3D打印技术倒是给了公司一个独特的优势。
其单层以及多层多材料切换的BJ3D打印技术在全球范围内非常稀缺。
不仅可以用于生产固态电池，还可以用于制造其他复杂的电子设备。
Sakuu已经表示，他们的3D打印技术可以应用于传感器、电动机、电源组等多种产品的制造。这种多元化的应用前景，为公司提供了更广阔的市场空间和更多的发展机会。
写在最后
AM易道认为，Sakuu的技术创新不仅仅局限于电池本身，更重要的是它可能彻底改变电池的设计和制造方式。
3D打印技术允许设计者根据具体应用需求自由定制电池的形状和大小。
这种灵活性可能会引发一场产品设计的革命，特别是在电动汽车和便携式电子设备领域。
在未来，Sakuu还需要证明其技术在大规模生产中的可行性和经济性。
此外，Sakuu还需要建立完整的供应链和生产体系，这对于一家初创公司来说无疑是一个巨大的挑战。
如果能够成功实现其宏伟目标，不仅将重塑固态电池产业，还可能对整个电动汽车和可再生能源行业产生深远影响。
在接下来的系列文章中，AM易道将继续深度覆盖其他正在推动3D打印固态电池技术发展的创新公司，以及它们各自独特的技术路线和商业策略。
敬请期待我们本系列的下一篇文章，我们将继续为您深入解析3D打印固态电池领域的最新发展和未来趋势，带您走进这个充满机遇与挑战的前沿科技世界。
（正文内容结束）
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