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全固態電池致密化，靠什么？

當全固態電池的正負極和固態電解質都制備完畢后，其組裝方式至關重要。目前主要有兩種方式，其一是自支撐組裝，將切割至設計尺寸的片狀正極、負極和固態電解質膜3個層疊加在一起，隨后進行壓制以增強界面接觸，最后進行焊接和封裝；另一種是正極支撐組裝，在這種方案中，電解質漿料直接鑄造到片狀正極的表面，片狀負極或Li箔附著在正極–電解質層的表面，然后將原型電池切割并壓制。

在全固態電池的組裝和堆疊過程中，致密化是一個關鍵步驟，目的是減少電池內的孔隙率并增強電極與固態電解質之間的接觸。常見的致密化方法包括輥壓、單軸面壓制和等靜壓。輥壓是最常見的致密化方法，尤其適用于Li+電池的生產，因其具備較高的通量和易于擴展性。然而，對于全固態電池而言，所需的致密化壓力遠高于Li+電池，通常需要超過300 MPa的壓力，這可能會導致固態電解質和電極層的不均勻性，甚至發生裂紋。

因此，單軸壓制通常用于致密化全固態電池，尤其是在軟包封裝過程中。單軸壓制在實驗室規模下表現良好，但其處理大面積電池時，所需的噸級壓力會隨著電池面積的增大而線性增加，導致對更大液壓壓機的需求。為了克服這一問題，可以使用等靜壓技術。

等靜壓技術最初主要應用于金屬與陶瓷領域，憑借其致密化與組織均勻化優勢，逐漸廣泛用于改善金屬組織、近凈成形、高技術陶瓷致密化、缺陷修復等眾多領域；歷經數十年驗證，該技術早已成熟應用于航空航天、醫療、汽車、電子等多種工業場景。

按成型與固結溫度不同，等靜壓技術分為冷、溫、熱三類，“冷—溫—熱”等靜壓依次對應工作溫度遞增、所需壓力遞減，成品致密化程度與生產成本遞增，而生產效率遞減。其中溫等靜壓在致密化性能、生產效率與成本之間實現平衡。

在全固態電池領域，等靜壓工藝可有效解決固態電池固-固界面接觸問題，實現致密化。在固態電池循環過程中，固-固界面易出現接觸劣化、孔隙殘留與顆粒接觸不足等問題，通常需要進行致密化處理，而傳統熱壓與輥壓因壓力方向單一、分布不均，易產生邊緣效應與層間滑移，難以實現三維致密化和一致性。

等靜壓技術基于帕斯卡原理，能夠提高界面致密度、消除內部空隙，改善組件接觸效果。其中，溫等靜壓的壓力與溫度區間契合固態電池致密化要求，在中溫條件下既能提升界面致密度，又可避免高溫副反應；同時設備能耗和成本相對較低，具備產業化潛力；相比之下冷等靜壓致密化程度有限，熱等靜壓溫度過高導致副作用突出。因此，溫等靜壓就成為了當前最優工藝路徑之一。

等靜壓設備設計和制造目前的核心挑戰集中在腔體設計、溫/壓控制系統及安全性保障，對結構、材料和精度提出極高要求。同時，等靜壓設備升溫加壓等環節耗時長，拖延生產效率；立式腔體自動化程度低，產線適配性不足。這些因素限制了等靜壓設備用于全固態電池大規模化生產。

固態電池等靜壓設備企業布局

在企業布局方面，海外企業進展領先，國內企業研發加速。海外等靜壓機企業主要以瑞典Quintus Technologies和韓國Hana Technology公司為代表。

Quintus Technologies總部位于瑞典，是全球領先的高壓技術解決方案提供商，擁有70余年等靜壓與柔性成型經驗，設備廣泛應用于先進陶瓷、航空航天及汽車零部件制造。公司核心產品覆蓋高壓致密化壓機、熱等靜壓爐及配套工藝開發，能夠實現高密度、高一致性制品成型，并針對全固態電池等新興領域提供全流程壓實解決方案，具備從實驗室研發到量產落地的全鏈路交付能力。

（圖源：Quintus）

Quintus在固態電池靜等靜壓設備上推出了實驗室級的MIB 120和工業規模的QIB 180，支持從實驗室到大規模生產的可拓展解決方案，并且計劃在2025年到2030年，陸續開發300系列、600系列和800系列的等靜壓機，滿足大規模生產需求。

公司當前用于固態電池的溫等靜壓機產品最高壓力可達600 MPa，最高溫度可達145℃；公司通過增大等靜壓機產品腔體以實現規模化生產目標，其QIB180產品最大年產能可達年22.6GWh，具備支持固態電池規模量產的潛力。公司正在研發臥式溫等靜壓設備（內徑>300 mm、容積2000 L級、缸長達數米），單機年產能可達約22.6 GWh，能夠匹配固態電池自動化產線。

Hana Technology為韓國電池設備企業，已經開發了實現700MPa和200℃的溫等靜壓設備，已向LGES梧倉基地交付Φ400×2000 mm溫等靜壓整線，2025年將追加Φ600×3000 mm機型用于中試線建設。同時，公司預計2027年開始正式銷售，2030年全面銷售，并計劃在海外建設一條固態電池的量產線。另外，三星SDI天安工廠和LGES的核心設備供應商Mplus，其溫等靜壓設備據悉也已經出貨LGES中試線。

中國鋰電裝備龍頭先導智能成功研發出600MPa大容量等靜壓設備，通過提高一次裝載電芯數量來提高設備效率，可提供高效溫等靜壓作業環境，溫度最高150℃；配合絕緣邊框工藝，解決致密化過程極片位移、邊緣剪切問題，保證邊角無損傷；配套自動套袋上料以及自動下料拆袋設備，實現全自動化作業。

（圖源：先導智能）

等靜壓是唯一解決方案？

用于全固態電池致密化的這“最后一壓”是不是只能由等靜壓機來完成呢？據中國粉體網的觀察，并不一定。

據國內鋰電裝備龍頭企業利元亨的杜義賢（研究院院長）介紹，等靜壓設備成本很高，產能比較低，生產過程不連續，是一籠電池裝好以后放在高壓釜里去壓，而且因為等靜壓的設備壓力一般達到500Mpa以上，所以安全性要求非常高。等靜壓工藝在小批量生產時有作用，但是當大批量生產時其產生的問題就會凸顯。在他看來，干法電極和多級輥壓，或許也是一種很好的解決方案。

另據韓國媒體報道，此前推崇等靜壓技術的三星SDI今年也在將固態電池制造中的溫等靜壓機（WIP）轉移到輥壓機，并且在加強對后續工藝設備的開發和投資，以彌補輥壓機技術容易使材料斷裂的缺點。

這樣看來，無論是等靜壓設備還是輥壓設備如果直接用于全固態電池大規模生產中都存在突出的問題，因此仍需要改進工藝以適配全新的固態電池量產過程。

近日先導智能的公告——“當前全球固態電池行業仍處于技術迭代與產業化準備階段，尚未進入大規模批量量產周期，公司固態電池設備相關業務推進存在不確定性”基本也驗證了“全固態電池產業鏈仍處于混沌狀態”這一判斷。

參考來源：

[1]段羿等：硫化物基全固態電池難點與挑戰，國聯汽車動力電池研究院有限責任公司

[2]東吳證券：等靜壓設備——制約固態電池量產的關鍵瓶頸

[3]中國粉體網：等靜壓or輥壓？全固態電池生產關鍵工藝裝備待解之謎

[4]相關企業官微、官網

（中國粉體網編輯整理/平安）

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