中國粉體網訊 生產固態電池一般是將正極、固態電解質、負極堆疊在一起組裝。考慮到固態電解質要與電極形成良好的固固接觸界面、在循環過程中會發生接觸損耗、以及要抑制鋰枝晶形成等，堆疊時需要新增加壓設備，施加超過100MPa壓力使各材料致密堆積。
傳統熱壓、輥壓方案提供壓力有限且施加壓力不均勻，難以保證致密堆積的一致性要求，進而影響固態電池性能。而等靜壓技術基于帕斯卡原理，金屬、陶瓷、復合材料和聚合物等材料都能實現致密化，消除孔隙，對于固態電池而言，等靜壓技術可以有效消除電芯內部的空隙，提升電芯內組件界面之間的接觸效果，進而增強導電性，提高能量密度，并減少運行期間的體積變化。
帕斯卡原理：即在不可壓縮的流體中，如果在其任意一點施加壓力，所受的壓強都會等值地傳遞到流體的各個方向，使每一點都會達到靜力平衡的狀態。在粉體工藝中，這個原理已被成功利用并開發出了等靜壓技術，而等靜壓成型需要用到的設備為等靜壓機。
等靜壓技術及等靜壓機
等靜壓技術是將待壓件的粉體置于高壓容器中，利用液體或氣體介質不可壓縮和均勻傳遞壓力的性質從各個方向對加工件進行均勻加壓，使粉體各個方向上受到的大小一致的壓力，從而實現高致密度、高均勻性坯體的成型。在這過程中，材料的特性與尺寸、形狀、取樣方向無關，而與材料的成型溫度、壓力有關。
等靜壓機具有技術先進性、能耗性、故障率低、使用穩定性、使用維修方便性、安全性、長壽命久耐用性、壓坯密度均勻一致等優點。按成型和固結時的溫度高低，等靜壓機主要分為冷等靜壓機、溫等靜壓機、熱等靜壓機三類。
圖片來源：四川航空工業川西機器有限責任公司
1、冷等靜壓機
冷等靜壓是目前最常用的等靜壓成型技術，冷等靜壓機在常溫下運行，無需加熱裝置，一般由加壓站、冷卻系統、缸體（鋼筒）、框架、上端塞（頂蓋）、控制柜等組成。通常利用液體（例如水或油或乙二醇混合液體）為壓力介質，利用橡膠和塑料作包套模具材料，相比熱等靜壓，可對粉末施加更高的壓力（100-630MPa），可為下一步燒結、煅造或熱等靜壓等工序提供具有足夠強度的“生坯”，并可在燒結之前對其進行較為精細的機械加工，顯著減少燒結后制品的加工量。根據其成型過程不同，冷等靜壓機可分為濕袋式和干袋式兩種形式。
濕袋式冷等靜壓機工序較多，生產效率較難提高，所以較適用于實驗室制備或小批量生產；干袋式冷等靜壓機自動化程度較高，可實現連續生產，適用于大批量生產。
冷等靜壓機在固態電池的生產中已得到了廣泛應用。有研究人員利用冷等靜壓技術制備石榴石基超薄柔性復合固態電解質膜，另有研究人員采用冷等靜壓-高溫固相法制備Li6.3Al0.15La3Zr1.75Ta0.25O12固態電解質。韓國LG能源公司也曾公開專利，利用冷等靜壓機采用新型硫化物固態電解質制備了無負極全固態電池。
2、溫等靜壓機
溫等靜壓機，利用液體或氣體作為工作介質，在密閉容器中通過增壓系統逐步加壓，使得被加工的物體在各個表面受到相等的壓強，并在模具限制下完成成型過程。與冷等靜壓機相比，溫等靜壓機在工作過程中會加熱介質或工件，以達到特定的溫度條件，從而促進材料的致密化、擴散或相變等過程。工作溫度一般不超過500℃，壓強范圍可達300MPa左右。
但是溫等靜壓的溫度和壓力對于制品有著很大的影響，其主要通過外部干套或內部熱交換器施加到工作介質，再通過增壓器不斷把壓力介質加入工作缸內部，達到對粉體加熱加壓的目的，這種工作方式會使壓力介質受到摩擦、增壓的作用而持續升溫，較難實現對溫度的精準控制，同時工作缸內均溫性也難以得到保證。
三星SDI是等靜壓技術的推崇和應用者。今年1月，有報道稱其在固態電池產線中測試中采用了水壓和輥壓工藝的溫等靜壓機 ，所以，溫等靜壓機也可用于固態電池的生產。
3、熱等靜壓機
熱等靜壓機，需要以較為昂貴的氬氣、氮氣、氦氣等惰性氣體或其他混合氣體作為壓力介質，向制品（粉體或已經成型的樣品）施加各向同等壓力（100~200MPa）的同時利用加熱爐對制品施加1000~2200℃的高溫，從而使制品得以燒結或致密化的過程。
熱等靜壓機在固態電池生產中的優勢：高度均勻性，熱等靜壓機能夠確保電池組件在高壓和高溫下受到均勻的壓力，從而產生高度均勻的材料，提高電池的整體性能；可控性強，通過調節壓力和溫度等參數，可以精確控制固態電池的致密化和界面接觸過程，滿足不同應用場景的需求；適用范圍廣，熱等靜壓機適用于不同材料和結構的固態電池生產，具有廣泛的適用性。
等靜壓技術為固態電池帶來了什么？
①推動固態電池技術的發展，有助于提升能量密度、減輕電池組重量或延長使用壽命；
②降低內部電阻率，縮短充電時間；
③對電芯施加均勻的壓力，獲得可靠且始終如一的質量；
④具備大規模生產能力，以滿足超級工廠的需求；
⑤相較于液態電解質鋰離子電池生產，生產流程得以簡化。
探索與挑戰
等靜壓技術本身是一項成熟的技術，在陶瓷、粉末冶金等領域已有廣泛應用。然而，在固態電池領域的應用仍處于探索和發展階段，技術成熟度相對較低。美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的電池研究人員也曾建議固態電池行業關注等靜壓技術，以促進下一代電池商業化，并指出等靜壓技術可能成為未來固態電池大規模量產的必備工藝之一。目前等靜壓技術在固態電池領域的推廣仍然面臨著如何選取合適的壓制溫度和壓力組合，以及如何控制壓實質地，如何提高生產效率與良率等挑戰。
參考來源：
等靜壓成型技術.無機非金屬材料科學
Quintus引領等靜壓技術革新，推動固態電池行業邁向新紀元！.Quintus Technologies
固態電解質關鍵生產設備：等靜壓機.中粉固態電池
固態電池大規模量產必備工藝：等靜壓技術.獨角獸情報
（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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