Presse isostatique à chaud pour la fabrication de batteries à semi-conducteurs

Presse isostatique à chaud pour la fabrication de batteries à semi-conducteurs

CARACTÉRISTIQUES

La presse isostatique à chaud TOB-WIP-7-20-600 est un équipement haute température qui comprime les matériaux à haute température et haute pression afin d'en améliorer la densité et les performances. Le pressage isostatique à chaud (WIP) est une étape cruciale dans la production de batteries solides hautes performances. Sa fonction principale est de résoudre le problème fondamental des interfaces solide-solide médiocres inhérentes aux batteries solides en fusion (SSB) et d'améliorer significativement la densité et l'intégrité des contacts des composants d'électrode et d'électrolyte.

Principe technique :

Il s’agit d’un dispositif qui utilise le principe selon lequel les fluides transmettent la même force dans la même direction.

La pression générée par le fluide interne applique une force uniforme sur toutes les surfaces, ce qui est utilisé dans le moulage par compression et le moulage par stratification dans le traitement des matériaux et la densification à haute densité des couches d'électrolyte.

Le processus de production des batteries à semi-conducteurs par pressage isostatique se déroule comme suit : préparation du matériau, revêtement, découpe, refendage, empilage et ensachage en atmosphère sèche. Une fois la batterie scellée hermétiquement, elle est densifiée par pressage isostatique, le milieu de pression est séché, puis mis en forme.

L'introduction du pressage isostatique dans la production de batteries à l'état solide peut contrôler avec précision les paramètres clés tels que la densité, l'épaisseur et la porosité des électrodes, et rendre les électrodes et les matériaux électrolytiques des batteries à l'état solide étroitement combinés, optimiser le contact d'interface, réduire la résistance interne, améliorer la conductivité ionique et la résistance mécanique des batteries à l'état solide, etc., et également réduire le processus de production des batteries à l'état solide et réduire les coûts de production.

Presse isostatique à chaud (WIP) : il s'agit d'un équipement de moulage avancé combinant haute température et pression uniforme. Son principe de fonctionnement consiste à appliquer une pression isotrope (généralement plusieurs centaines de MPa) dans une cavité fermée à l'aide d'un gaz inerte (comme l'argon) et à presser à chaud le matériau à haute température (par exemple, 300-400 °C). Cette technologie était initialement largement utilisée dans les domaines de la céramique et du carbure cémenté. Ces dernières années, elle a été introduite dans la fabrication de batteries au lithium, notamment pour le conditionnement de membranes électrolytiques solides sulfurées (MES).

Avantages :

1. L'équipement de pressage isostatique à chaud de 600 MPA permet un contrôle de tolérance dimensionnelle de +-0,5 %. Grâce à l'algorithme de compensation de pression piloté par IA, l'écart de densité de compactage de l'électrode de batterie peut être contrôlé dans une plage de +-0,02 g/cm³.

2. Améliorer les performances de la batterie

Densité améliorée : le WIP applique une température et une pression élevées pour optimiser l'assemblage des électrodes et des électrolytes des batteries à semi-conducteurs à l'échelle microscopique. Cette augmentation de densité contribue à réduire les vides et les défauts à l'intérieur de la batterie, améliorant ainsi sa conductivité ionique et sa résistance mécanique.

La vérification expérimentale montre que le procédé WIP augmente le taux d'utilisation de la capacité des électrodes positives ternaires riches en nickel (NCM 70 %) de 10 %, ouvrant la voie à l'application de systèmes à haute teneur en nickel dans les batteries à l'état solide.

3. Optimisation du contact d'interface : Dans les batteries à semi-conducteurs, le contact d'interface entre l'électrolyte et l'électrode est l'un des facteurs clés affectant les performances de la batterie. Le WIP permet d'optimiser le contact d'interface entre l'électrolyte et l'électrode et de réduire l'impédance d'interface grâce à un traitement à haute température et haute pression, améliorant ainsi la densité énergétique et la densité de puissance de la batterie.

4. Simplifier le processus de production

Réduction des étapes de production : Dans le processus traditionnel de production de batteries à semi-conducteurs, plusieurs étapes sont nécessaires pour garantir un bon contact et une bonne étanchéité entre les composants. Le WIP permet de réduire considérablement les étapes de production et d'améliorer l'efficacité grâce à un traitement haute température et haute pression en une seule étape.

5. Réduction des coûts de production : L'utilisation du WIP permet de réduire le recours à des étapes de scellage supplémentaires, diminuant ainsi les coûts de matériaux et de main-d'œuvre. De plus, le WIP permettant de produire des batteries plus performantes, il permet de réduire les coûts globaux en augmentant la densité énergétique de la batterie et en prolongeant sa durée de vie. Le procédé « slurry humide + sulfuration in situ » proposé dans la littérature, combiné au conditionnement WIP, ne nécessite pas d'équipement complexe de revêtement sous vide, ce qui permet de réduire les coûts de production de masse de plus de 60 %, ouvrant ainsi la voie à la fabrication à grande échelle de batteries souples.

6. Améliorer l'efficacité de la production et le taux de rendement

Production automatisée : Le WIP peut être combiné à une ligne de production automatisée pour assurer une production continue et efficace de batteries à semi-conducteurs. Cette méthode de production automatisée peut améliorer considérablement l'efficacité de la production et réduire les erreurs de production dues aux facteurs humains.

Rendement amélioré : Grâce au traitement WIP, un bon contact et une bonne étanchéité entre les composants de la batterie sont assurés, réduisant ainsi le risque de défaillance due à un mauvais contact ou à une mauvaise étanchéité. Cela contribue à améliorer le rendement des batteries à semi-conducteurs et à réduire les coûts de production.

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