Prensa isostática quente para fabricação de baterias de estado sólido

Prensa isostática quente para fabricação de baterias de estado sólido

ESPECIFICAÇÕES

A prensa isostática a quente TOB-WIP-7-20-600 é um equipamento de alta temperatura que prensa materiais sob alta temperatura e alta pressão para melhorar a densidade e o desempenho do material. A prensagem isostática a quente (WIP) é uma etapa crítica na fabricação de baterias de estado sólido de alto desempenho. Sua principal função é abordar o desafio fundamental das interfaces sólido-sólido deficientes inerentes às SSBs e aumentar significativamente a densidade e a integridade do contato dos componentes do eletrodo e do eletrólito.

Princípio técnico:

Este é um dispositivo que utiliza o princípio de que os fluidos transmitem a mesma força na mesma direção.

A pressão gerada pelo fluido interno aplica uma força uniforme a todas as superfícies, o que é usado na moldagem por compressão e moldagem por laminação no processamento de materiais e na densificação de alta densidade de camadas de eletrólitos.

O processo de produção de baterias de estado sólido por prensagem isostática é o seguinte: preparação do material, revestimento, corte, abertura de fendas, empilhamento e ensacamento em condições de câmara seca. Após a selagem estanque da bateria, ela é densificada por prensagem isostática, o meio de pressão é seco e, em seguida, conformado.

A introdução da prensagem isostática na produção de baterias de estado sólido pode controlar com precisão parâmetros-chave, como densidade, espessura e porosidade do eletrodo, e fazer com que os eletrodos e materiais eletrolíticos das baterias de estado sólido sejam combinados de perto, otimizar o contato da interface, reduzir a resistência interna, melhorar a condutividade iônica e a resistência mecânica das baterias de estado sólido, etc., e também reduzir o processo de produção de baterias de estado sólido e reduzir os custos de produção.

A prensa isostática a quente (WIP) é um equipamento de moldagem avançado que combina alta temperatura e pressão uniforme. Seu princípio de funcionamento é aplicar pressão isotrópica (geralmente centenas de MPa) em uma cavidade fechada através de um gás inerte (como argônio) e realizar a prensagem a quente do material sob alta temperatura (como 300-400°C). Essa tecnologia foi originalmente amplamente utilizada nas áreas de cerâmica e metal duro. Nos últimos anos, tem sido introduzida na fabricação de baterias de lítio, especialmente na embalagem de membranas eletrolíticas sólidas de sulfeto (membranas SE).

Vantagens：

1. O equipamento de prensagem isostática a quente de 600 MPA pode atingir um controle de tolerância dimensional de +-0,5%. Combinado com o algoritmo de compensação de pressão controlado por IA, o desvio da densidade de compactação do eletrodo da bateria pode ser controlado dentro da faixa de +-0,02 g/cm³.

2. Melhore o desempenho da bateria

Maior densidade: o WIP aplica alta temperatura e alta pressão para tornar os eletrodos e os materiais eletrolíticos das baterias de estado sólido mais firmemente combinados em nível microscópico. Esse aumento na densidade ajuda a reduzir os vazios e defeitos dentro da bateria, melhorando assim a condutividade iônica e a resistência mecânica da bateria.

A verificação experimental mostra que o processo WIP aumenta a taxa de utilização da capacidade de eletrodos positivos ternários ricos em níquel (NCM 70%) em 10%, abrindo caminho para a aplicação de sistemas de alto níquel em baterias de estado sólido.

3. Otimização do contato da interface: Em baterias de estado sólido, o contato da interface entre o eletrólito e o eletrodo é um dos principais fatores que afetam o desempenho da bateria. O WIP pode otimizar o contato da interface entre o eletrólito e o eletrodo e reduzir a impedância da interface por meio de tratamento de alta temperatura e alta pressão, melhorando assim a densidade de energia e a densidade de potência da bateria.

4. Simplifique o processo de produção

Redução das etapas de produção: No processo tradicional de produção de baterias de estado sólido, são necessárias várias etapas para garantir um bom contato e vedação entre os componentes da bateria. O WIP pode reduzir significativamente as etapas de produção e melhorar a eficiência da produção por meio de um tratamento de alta temperatura e alta pressão em uma única etapa.

5. Redução dos custos de produção: O uso do WIP pode reduzir a necessidade de etapas adicionais de selagem, reduzindo assim os custos de material e mão de obra no processo de produção. Além disso, como o WIP permite produzir baterias de alto desempenho, pode reduzir os custos gerais, aumentando a densidade energética da bateria e prolongando sua vida útil. O processo de "pasta úmida + sulfurização in situ" proposto na literatura, combinado com o envase WIP, não requer equipamentos complexos de revestimento a vácuo, o que pode reduzir os custos de produção em massa em mais de 60%, proporcionando um caminho viável para a fabricação em larga escala de baterias soft-pack.

6. Melhore a eficiência da produção e a taxa de rendimento

Produção automatizada: o WIP pode ser combinado com uma linha de produção automatizada para alcançar produção contínua e produção eficiente de baterias de estado sólido. Este método de produção automatizada pode melhorar significativamente a eficiência da produção e reduzir erros de produção causados por fatores humanos.

Maior rendimento: O processamento WIP garante um bom contato e vedação entre os componentes da bateria, reduzindo assim o risco de falha da bateria causada por mau contato ou vedação frouxa. Isso ajuda a melhorar o rendimento das baterias de estado sólido e a reduzir os custos de produção.

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