Prensa isostática caliente para la fabricación de baterías de estado sólido

Prensa isostática caliente para la fabricación de baterías de estado sólido

PRESUPUESTO

La prensa isostática caliente TOB-WIP-7-20-600 es un equipo de alta temperatura que prensa materiales a alta temperatura y presión para mejorar su densidad y rendimiento. El prensado isostático caliente (WIP) es un paso crucial en la producción de baterías de estado sólido (SSB) de alto rendimiento. Su función principal es abordar el problema fundamental de las interfaces sólido-sólido deficientes inherentes a las baterías de estado sólido (SSB) y mejorar significativamente la densidad y la integridad de contacto de los componentes del electrodo y el electrolito.

Principio técnico:

Este es un dispositivo que utiliza el principio de que los fluidos transmiten la misma fuerza en la misma dirección.

La presión generada por el fluido interno aplica una fuerza uniforme a todas las superficies, lo que se utiliza en el moldeo por compresión y el moldeo por laminación en el procesamiento de materiales y en la densificación de alta densidad de capas de electrolitos.

El proceso de producción de baterías de estado sólido mediante prensado isostático consiste en: preparación del material, recubrimiento, corte, ranurado, apilado y embolsado en un ambiente seco. Tras sellar la batería herméticamente, se compacta mediante prensado isostático, se seca el medio de presión y, finalmente, se forma.

La introducción del prensado isostático en la producción de baterías de estado sólido puede controlar con precisión parámetros clave como la densidad, el espesor y la porosidad de los electrodos, y hacer que los electrodos y los materiales electrolíticos de las baterías de estado sólido se combinen estrechamente, optimicen el contacto de la interfaz, reduzcan la resistencia interna, mejoren la conductividad iónica y la resistencia mecánica de las baterías de estado sólido, etc., y también reduzcan el proceso de producción de baterías de estado sólido y reduzcan los costos de producción.

Prensa isostática caliente (WIP). Es un equipo de moldeo avanzado que combina alta temperatura y presión uniforme. Su principio de funcionamiento consiste en aplicar presión isotrópica (generalmente de cientos de MPa) en una cavidad cerrada mediante un gas inerte (como el argón) y realizar un prensado en caliente sobre el material a alta temperatura (por ejemplo, 300-400 °C). Esta tecnología se utilizó inicialmente ampliamente en los campos de la cerámica y el carburo cementado. En los últimos años, se ha introducido en la fabricación de baterías de litio, especialmente en el envasado de membranas de electrolito sólido de sulfuro (membrana SE).

Ventajas:

1. El equipo de prensado isostático en caliente de 600 MPA puede lograr un control de tolerancia dimensional de ±0,5 %. Combinado con el algoritmo de compensación de presión impulsado por IA, la desviación de la densidad de compactación del electrodo de la batería se puede controlar dentro de un rango de ±0,02 g/cm³.

2. Mejorar el rendimiento de la batería

Mayor densidad: El WIP aplica alta temperatura y alta presión para que los electrodos y los materiales electrolíticos de las baterías de estado sólido se integren de forma más compacta a nivel microscópico. Este aumento de densidad ayuda a reducir los huecos y defectos en el interior de la batería, mejorando así su conductividad iónica y resistencia mecánica.

La verificación experimental muestra que el proceso WIP aumenta la tasa de utilización de la capacidad de los electrodos positivos ternarios ricos en níquel (NCM 70%) en un 10%, allanando el camino para la aplicación de sistemas con alto contenido de níquel en baterías de estado sólido.

3. Optimización del contacto de la interfaz: En las baterías de estado sólido, el contacto de la interfaz entre el electrolito y el electrodo es uno de los factores clave que afectan el rendimiento de la batería. El WIP puede optimizar el contacto de la interfaz entre el electrolito y el electrodo y reducir la impedancia de la interfaz mediante un tratamiento de alta temperatura y alta presión, mejorando así la densidad energética y la densidad de potencia de la batería.

4. Simplificar el proceso de producción

Reducción de los pasos de producción: En el proceso tradicional de producción de baterías de estado sólido, se requieren múltiples pasos para garantizar un buen contacto y sellado entre los componentes. El WIP puede reducir significativamente los pasos de producción y mejorar la eficiencia de la producción mediante un tratamiento de alta temperatura y alta presión en un solo paso.

5. Reducción de costos de producción: El uso de WIP puede reducir la necesidad de pasos de sellado adicionales, lo que reduce los costos de material y mano de obra en el proceso de producción. Además, dado que WIP permite producir baterías de mayor rendimiento, puede reducir los costos generales al aumentar la densidad energética de la batería y prolongar su vida útil. El proceso de "suspensión húmeda + sulfuración in situ" propuesto en la literatura, combinado con el empaquetado WIP, no requiere equipos complejos de recubrimiento al vacío, lo que puede reducir los costos de producción en masa en más del 60%, lo que ofrece una vía viable para la fabricación a gran escala de baterías de paquete blando.

6. Mejorar la eficiencia de la producción y la tasa de rendimiento.

Producción automatizada: El WIP puede combinarse con una línea de producción automatizada para lograr una producción continua y eficiente de baterías de estado sólido. Este método de producción automatizada puede mejorar significativamente la eficiencia de la producción y reducir los errores de producción causados por factores humanos.

Mayor rendimiento: Mediante el procesamiento WIP, se garantiza un buen contacto y sellado entre los componentes de la batería, reduciendo así el riesgo de fallos causados por un contacto deficiente o un sellado suelto. Esto contribuye a mejorar el rendimiento de las baterías de estado sólido y a reducir los costes de producción.

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