在新能源革命的浪潮中，全固態(tài)鋰電池（ASLBs）因其高能量密度、高安全性的革命性優(yōu)勢，被視為下一代動力電池的解決方案。然而，如何實現(xiàn)硫化物固態(tài)電解質(zhì)（SE）與電極材料的高效界面融合，一直是制約其產(chǎn)業(yè)化的核心技術瓶頸。近日，韓國延世大學研究團隊在《Energy Storage Materials》發(fā)表的最新成果中，揭示了一種通過溫等靜壓機（WIP）優(yōu)化固態(tài)電池制造工藝的創(chuàng)新方案，為低成本、高良率的規(guī)模化生產(chǎn)提供了新思路。
WS-70-200-600Mpa固態(tài)電池專用WIP簡介
溫等靜壓機是一種特殊的等靜壓機，它在等靜壓技術的基礎上，結合了溫度控制的功能。
等靜壓技術是一種利用高壓液體或氣體作為傳壓介質(zhì)，將壓力均勻地傳遞到被加工物體各個表面的技術。而溫等靜壓機則在此基礎上，通過加熱系統(tǒng)對被加工物體進行加熱，以實現(xiàn)溫度和壓力的雙重控制。
溫等靜壓機實物圖
溫等靜壓機（Warm Isostatic Pressing，WIP）是一種集高溫與均勻壓力于一體的先進成型設備。其工作原理是通過惰性氣體（如氬氣）在密閉腔體內(nèi)施加各向同性壓力（通常達數(shù)百MPa），并在高溫環(huán)境下（如300-400℃）對材料進行熱壓處理。這種技術最初廣泛應用于陶瓷、硬質(zhì)合金等領域，近年來被引入鋰電池制造，尤其在硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜（SE膜）的封裝中展現(xiàn)出優(yōu)勢。
等靜壓原理圖
陶瓷成型領域革新
提高陶瓷材料的致密度：WIP技術通過施加高溫高壓，使陶瓷材料內(nèi)部的空隙和缺陷得到有效減少，從而提高了陶瓷的致密度和機械強度。
優(yōu)化陶瓷材料的微觀結構：在WIP的高溫高壓環(huán)境下，陶瓷材料的微觀結構得到優(yōu)化，晶粒尺寸和分布更加均勻，這有助于提高陶瓷材料的性能和穩(wěn)定性。
實現(xiàn)復雜形狀的陶瓷成型：WIP技術能夠處理各種復雜形狀的陶瓷成型體，滿足不同領域對陶瓷制品的需求。
WIP賦能固態(tài)電池優(yōu)勢
提升電池性能
增強致密性：WIP通過施加高溫高壓，使固態(tài)電池的電極和電解質(zhì)材料在微觀層面上更加緊密地結合在一起。這種致密性的提升有助于減少電池內(nèi)部的空隙和缺陷，從而提高電池的離子電導率和機械強度。
實驗驗證顯示，WIP工藝使富鎳三元正極（NCM 70%）的容量發(fā)揮率提升10%，為高鎳體系在固態(tài)電池中的應用掃清障礙。
優(yōu)化界面接觸：在固態(tài)電池中，電解質(zhì)與電極之間的界面接觸是影響電池性能的關鍵因素之一。WIP通過高溫高壓處理，可以優(yōu)化電解質(zhì)與電極之間的界面接觸，降低界面阻抗，從而提高電池的能量密度和功率密度。
等靜壓處理前后對比圖
簡化生產(chǎn)工藝
減少生產(chǎn)步驟：傳統(tǒng)的固態(tài)電池生產(chǎn)工藝中，需要多個步驟來確保電池組件之間的良好接觸和密封。而WIP通過一步法高溫高壓處理，可以顯著減少生產(chǎn)步驟，提高生產(chǎn)效率。
降低生產(chǎn)成本：WIP的使用可以減少對額外密封步驟的需求，從而降低生產(chǎn)過程中的材料和人工成本。此外，由于WIP可以生產(chǎn)更高性能的電池，因此可以通過提高電池的能量密度和延長使用壽命來降低整體成本。文獻中提出的“濕法漿料+原位硫化"工藝結合WIP封裝，無需復雜真空鍍膜設備，可將量產(chǎn)成本降低60%以上，為軟包電池的大規(guī)模制造提供可行路徑。
提高生產(chǎn)效率和良品率
自動化生產(chǎn)：WIP可以與自動化生產(chǎn)線相結合，實現(xiàn)固態(tài)電池的連續(xù)生產(chǎn)和高效輸出。這種自動化生產(chǎn)方式可以顯著提高生產(chǎn)效率，并減少人為因素導致的生產(chǎn)誤差。
良品率提升：通過WIP處理，可以確保電池組件之間的良好接觸和密封，從而降低因接觸不良或密封不嚴導致的電池失效風險。這有助于提高固態(tài)電池的良品率，降低生產(chǎn)成本。
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