固态电池设备专题深度系列—等静压设备！
锂电那些事今日头条2025年09月27日 星期六 等静压设备应用领域广泛，冷/温/热等均有特定适用行业。等静压技术最初主要应用于金属与陶瓷领域，凭借其致密化与组织均匀化优势，逐渐广泛用于改善金属组织、近净成形、高性能陶瓷致密化、缺陷修复等领域；历经七十年验证，该技术早已成熟应用于航空航天、医疗、汽车、电子等多种工业场景。按成型与固结温度不同，等静压技术分为冷、温、热等三类：“冷—温—热等静压依次对应工作温度递增、所需压力递减，成品致密化程度与生产成本递增，而生产效率递减。其中温等静压在致密化性能、生产效率与成本之间实现平衡。等静压工艺利用流体介质的不可压缩性与压力均匀传递特性，向被压材料均匀输送压力使其致密化。等静压将粉体材料、零部件或电芯装入高压容器，通过压力泵/压缩机注入气体、水或油等介质并加热，使腔体内各方向承受一致压力，从而使粉末或待压实的烧结坯料（或零件）致密化、形成高密度成型体。等静压工艺主要流程为包套密封、升温、抽真空、加压、保压、降压、降温等。工艺上，材料先包套密封，装入升温完成的设备后经抽真空，随后注入流体介质并加压，确保压力均匀传递并压实内部粉体。完成保压后依次卸压、取出，最终获得高致密度成型体，适用于电池与陶瓷等精密制造场景。设备在使用前和使用后需要经过升温和降温的流程，但在连续生产过程中无需每轮重新升降温。冷等静压在常温下以水或油为介质，施加 100–630 MPa 的高压，使被压材料通过颗粒重排和塑性变形实现致密化，但密度通常仅为 85–92%。其设备简单、成本低、生产成形周期仅需数分钟，因此量产效率最高，常用于大规模粉体预制。温等静压在 50–500℃ 和50-500MPa下进行，介质为热油或气体。温度的引入促进被压材料发生热塑性变形和扩散，使致密度提高到 90–95%。尽管周期延长至小时级、成本上升，但在性能与效率之间实现平衡，适合中等规模生产。热等静压在 800–2200℃ 的惰性气体中进行，压力一般为 100–200 MPa。高温促使粉末烧结和蠕变扩散，制品接近理论最高密度（>99.8%）。因设备昂贵、生产周期长、效率最低，主要用于航空航天等对性能要求极高的关键部件。固态电池中道新增等静压工艺，主要用于叠片后的致密化环节。等静压工艺应用于电芯成型后，通过均匀多向压力实现致密化，消除固固界面空隙，提升电解质与电极接触质量，改善离子传导率和循环性能。这一工艺有效解决界面贴合难题，是实现电池高能量密度和高稳定性的核心环节。固-固界面致密化是全固态电池性能提升&量产的核心瓶颈。在生产过程中，正极、固态电解质与负极需堆叠形成稳定界面，但在循环过程中，固-固界面易出现接触劣化、孔隙残留与颗粒接触不足等问题，造成致密度下降，进而引发锂枝晶生成、抬高内阻、削弱离子传输效率，并加速性能衰减。为改善致密度，通常需施加超过 100MPa 高压压实材料。传统热压与辊压因压力方向单一且分布不均，易产生边缘效应和层间滑移，难以实现三维致密化与一致性，从而限制性能提升。等静压技术用于改善全固态电池固固界面接触问题，拉动等静压机成为核心增量设备之一。等静压技术基于帕斯卡原理，能够提高界面致密度、消除内部空隙，改善组件接触效果，从而有效降低内阻、减少孔隙率、延长循环寿命并提升库仑效率。经过等静压处理，离子电导率可提升 30% 以上，内部电阻率降低 20% 以上，循环寿命提升约 40%。这一显著优势正推动等静压机成为固态电池生产的核心增量设备。温等静压压力与温度区间契合固态电池致密化要求，是当前最优工艺路径。温等静压在中温条件下压制，可提升界面接触和致密度，又避免高温副反应。其温度区间与固态电解质稳定性契合，能在保持性能的同时改善界面质量。同时设备能耗和成本相对较低，具备产业化潜力，正成为电池厂商与设备商重点推进的工艺。冷等静压致密化程度有限，热等静压温度过高导致副作用突出。1）冷等静压：CIP工艺由于没有热作用，材料间的界面接触改善有限，难以直接实现高致密度，因此在固态电池电极和电解质成型中更多作为前处理手段。根据 ACS Energy Letters 报道的实验结果，相比辊压约12%的电芯孔隙率，冷等静压可降低至约1.8%，而温等静压在材料高温软化的作用下，颗粒更易重排与压实，可将孔隙率进一步降低至约0.15%。2）热等静压：HIP在高温高压下能显著消除孔隙、提升密度和强度，常用于陶瓷和合金。但在固态电池中，温度过高会导致电极材料烧结、溶解，破坏整体结构稳定性。等静压设备难点在于腔体设计、温度压力控制、安全性。等静压设备工艺验证显示，其核心挑战集中在腔体设计、温/压控制系统及安全性保障，对结构、材料和精度提出极高要求：1）腔体设计要求高：需承受高温高压循环，通常采用高强度钢并辅以“钢丝预应力缠绕”结构，以确保整体强度与安全；同时需要优化流场设计，保证加热或传热介质在腔体内分布均匀，压力传导稳定。2）温度与压力控制精度严苛：系统通常要求±2%压力精度和±5°C 温度稳定性，对密封件、保温与隔热设计均提出极高要求。3）快速升温加压能力：加热元件多采用石墨或钼合金，具备优异耐热与热冲击性能，实现快速升温；加压系统依赖高性能压缩与传质设计，保证高效加压路径。4）安全性要求严苛：高温高压工况存在潜在爆炸与泄漏风险，设备必须符合压力容器安全标准，并配备泄压阀、防爆设计、冗余冷却与电气保护系统，以确保异常情况下仍能稳定运行。温等静压在固态电池制造中节拍较长，关键耗时集中在加压和保压泄压环节。 在固态电池生产过程中，温等静压工序包括包套密封、装入已完成升温的等静压机、抽真空、加压、保压泄压、以及取出模具等环节，其中加压（2–12 分钟）和保压泄压（1–30 分钟）占据了每轮流程主要时间，整体工序周期较长，是产线节拍的关键限制因素。升温（54-70分钟）和降温时间较长，但在连续生产过程中无需每轮重新升降温，对生产节拍的影响次于加压-泄压环节。解决方案一：前处理工艺优化降低温度与压力要求。在等静压前，通过材料配方或预处理工序使加工件更柔软、更致密，可在较低温度和压力下完成致密化。根据我们草根调研，国内头部固态电池玩家计划将目标温度由 200 ℃降至120℃，可将升温时由45–70 分钟间缩短至约 20 分钟，同时减少降温与保压时间，从而显著压缩单轮加工节拍。解决方案二：增大等静压机的压力容器容积是当前提升等静压生产效率、降低单位加工成本的最直接路径。从产能端看，腔体容积增大可显著提升装载效率（即腔体内空间利用效率）。Quintus的实验结果表明，随着压力容器直径增大，装载效率由不足 20% 提升至超过 60%，有效减少腔体内部的“死区”并降低装夹频次，从而提升单轮装载的加工件总量。在年化产量上，结果显示单台压机的处理能力可随容积成线性增长，最大年产能可突破 20 GWh，当前Quintus的QIB设备能够做到年产能22.6GWh。从成本端看，容积扩大带来的装载效率提升与人工利用率改善共同作用，使单位能量的加工成本呈显著下降趋势。Quintus调研结果表明，尺寸最大的压机每千瓦时成本仅为 0.04 至 0.10 欧元，而尺寸最小的压机每千瓦时成本则 >0.50 欧元。当容积从约 100 升扩大至 2,000 升时，每千瓦时加工成本可下降 10 倍以上，规模化经济效益十分显著。解决方案三：采用治具预装，高效利用腔体时间与空间，全方位保护电池片高效利用腔体时间：采用适配腔体尺寸的治具提前装载电池片，单次等静压后治具可无缝对接进入腔体，无需额外等待，最大化减少腔体闲置时间，显著提升生产效率。合理利用腔体空间：治具设计精准契合腔体布局，充分利用每一寸空间，实现电池片的紧密排列，进一步提高单次等静压产能。全方位保护电池片：电池片封装后装入刚性夹具，再统一封装于治具内。刚性夹具具备卓越的支撑性能，确保电池片在烧结过程中平整、不翘起、不弯曲，有效降低电池片受损风险，保障等静压环节良率。当前主流等静压设备采用立式腔体结构，难以融入自动化产线，进而限制了产能爬坡。当前现有主流等静压机多采用立式腔体设计，上下料需依赖行车；一方面难以与自动化产线集成，生产效率显著低于传统锂电的高度自动化生产模式；另一方面对厂房高度要求高，推高了车间改造成本，进一步限制了大规模产能爬坡。©文章来源于东吴证券 锂电那些事免责声明 本公众 号部分内容来源于网络平台，小编整理，仅供学习与交流，非商业用途！对文中观点判断均保持中立，版权归原作者所有，如有报道错误或侵权，请尽快私信联系我们，我们会立即做出修正或删除处理。谢谢！ 来源：锂电那些事
