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1、固态电池之等静压设备行业深度:应用领域、技术壁垒、竞争格局及相关公司深度梳理等静压设备应用于电芯成型后,通过均匀多向压力实现致密化,能消除固固界面空隙,从而提升电解质与电极接触质量,以及改善离子传导率和循环性能。等静压设备是解决固态电池量产核心痛点的关键设备。围绕等静压设备行业,下面我们从等静压设备工作流程、运作方式、设备分类、发展历程等方面展开分析,对于其在固态电池应用方面的优势、核心壁垒及关键难点、竞争格局等方面进行研究,对相关公司进行梳理,希望帮助大家更多了解等静压设备行业发展情况。一、等静压设备概述1.等静压设备等静压技术是基于“帕斯卡定律”,实现对材料的全方位均匀压实。等静压,全称为
2、等静压成型,其核心物理原理是帕斯卡定律:在密闭流体中,施加于流体任一部分的压强,必然按照原来的大小向各个方向传递。帕斯卡定律示意图(divcenter)SeienceFach(/divcenter)与传统单向或双向机械压机不同,等静压设备的技术精髓在于“等静”二字,即样品在各个方向上承受的压力大小完全相等。这一原理使得等静压设备能够突破传统单向施压的局限,实现对材料的全方位均匀压实,其技术本质是通过流体介质构建三维压力场,完成粉末物料的致密化成型。等静压设备示意图2.等静压设备工作流程(1)装填:将待压制的粉末材料(如固态电解质粉末、正负极活性材料混合物)装入具有弹性的模具(如橡胶、聚氨酯)中
3、并密封。(2)置入:将封装好的模具浸入充满流体压力介质(液体或气体)的高压容器中。(3)加压:通过外部泵系统对压力介质进行加压。压力介质将压强均匀地传递到弹性模具的每一个表面。(4)保压:在设定的目标压力下保持一定时间,使粉末颗粒在三维均匀压力的作用下发生塑性变形、滑动、重排,从而致密化。(5)卸压与取出:缓慢释放压力,从容器中取出模具,并脱模得到成型坯体。3.等静压设备怎样实现均匀压实前面介绍概念的时候已经提及,样品在各个方向上承受的压力大小完全相等,那么等静压设备是如何实现均匀压实的呢?(1)流体介质的作用当这种流体在高压容器内加压时,加压介质(水或油等液体、氩气等气体)会将压力均匀地传递
4、到浸没物体表面的每个点。(2)柔性模具或容器被压实的材料首先被密封在一个柔性、弹性模具或密封容器中。这种屏障有两个目的:它将粉末塑造成接近最终形状,并将其与加压流体隔离。压力作用在柔性模具上,柔性模具反过来又均匀地压实内部的粉末。因此,等静压设备能够克服单向限制,传统的模具压制从一个或两个方向施加时,粉末和刚性模具壁之间产生显著摩擦,导致整个部件产生密度梯度,最靠近冲头的粉末比远离冲头的粉末压得更实,因此在固态电池应用中,较难使用辊压设备或后道加压化成设备替代等静压设备。4.等静压设备分类根据工艺温度的不同,等静压设备主要分为热等静压、温等静压以及冷等静压三类。固态电池在室温下的性能受限于其离
5、子传输动力学的迟缓,导致内部阻抗增大,放电能量密度显著降低,温度升高会显著提升离子电导率,对比冷等静压,温等静压可以通过升温进一步提升固态电池材料的电导率,同时,对比热等静压,成本更低,且能够达到更高压力值,因此,目前温等静压更加适配固态电池的应用。二、等静压技术发展历程及应用领域1.发展历程等静压技术已经有70多年历史,在粉末冶金等领域应用广泛。这一过程使得粉末体在微观上受力均匀,避免了因摩擦力导致的密度梯度,从而能够制备出形状复杂、密度均匀、晶粒细小、各向同性的高性能坯体。等静压技术已有70多年的历史,初期主要应用于粉末冶金的粉体成型;近20年来,等静压技术已广泛应用于陶瓷铸造、原子能、工
6、具制造、塑料、超高压食品灭菌和石墨、陶瓷、永磁体、高压电磁瓷瓶、生物药物制备、食品保鲜、高性能材料、军工等领域。等静压成型需要用到的设备为等静压机,或者称等静压设备。2.应用领域(1)等静压设备等静压技术是一项关键技术,广泛应用于各种高性能行业主要包括航空航天、医疗设备、国防、能源(包括核能)、汽车以及用于电子、陶瓷和化工的先进材料制造。这项技术独特的制造具有均匀密度和卓越强度部件的能力,但其使用取决于性能要求与复杂性和成本之间的明确平衡。1)磁性材料:等静压机可以通过均匀的静压力,将粉末状材料压缩成致密的固体,显著提高磁性材料的密度和磁能性。2)硬质合金:等静压模具能在高压成型过程中保持稳定