等静压机或成为固态电池增量设备
思瀚产业研究院    2025-10-11

等静压机或成为固态电池增量设备

等静压机可用于解决全固态电池生产流程对高压的需求。考虑到固态电解质要与电极形成良好的固固接触界面、在循环过程中会发生接触损耗、以及要抑制锂枝晶形成等，必须施加超过100MPa的高压。全固态电池的生产需要施加极高的压力（通常需要超过 300MPa的压力）来使其致密化，以减少电池内的孔隙率并增强电极与固态电解质之间的接触。等静压的设备压力一般达到 500 Mpa以上，可以满足全固态电池生产流程对高压的需求。

等静压机将成为全固态电池当中核心增量设备。等静压机是一种通过均匀施加流体压力对材料进行成型或致密化处理的设备，在锂金属固态电池制造中，需将电解质、正负极电极层堆叠在一起进行封装，但是传统热压与辊压因压力方向单一、分布不均，易产生边缘效应与层间滑移，难以实现三维致密化和一致性。等静压机或成为合适的解决方案，等静压技术利用液体或气体不可压缩和均匀传递压力的性质、从各个方向对加工件进行均匀加压，使粉体各个方向上受到的大小一致的压力，从而实现高致密度坯体成型，有效消除电芯内部空隙。

等静压技术前期应用

等静压技术其他行业应用：

• 陶瓷材料：陶瓷粉末在经过等静压处理后，粉体颗粒之间形成紧密的接触与结合，从而制得高密度、高强度、低孔隙率的陶瓷坯体，提高了陶瓷制品的成型精度和性能；等静压技术还可以提升产品表面光洁度、平整度以及减少加工余量。

• 硬质合金：等静压模具能在高压成型过程中保持稳定性和高精度，使金属粉体在高压下实现均匀致密化，制得高性能、高精度部件。

• 新能源行业：对于燃料电池的电极，等静压模具可精确控制电极材料，确保电极在高压环境下均匀受压，形成高密度高一致性电极片。

• 耐火材料：等静压机能够为这些材料提供均匀的压制力，有效提高材料的致密度，提升其抗热震性和耐磨性。

• 磁性材料：等静压机可以通过均匀的静压力，将粉末状材料压缩成致密的固体，显著提高磁性材料的密度和磁能性。

等静压设备的工艺流程

工作原理：基于帕斯卡原理，以液体 / 气体为介质，从各个方向对加工件进行均匀加压，从而达到高致密度、高均匀性的目的。

工艺流程：等静压工艺主要流程为原料准备、模具设计、成型工艺、脱膜处理、后续处理等。

核心优势

• 密度和强度均匀：压力从各个方向均匀施加，消除了壁面摩擦，使密度和纹理结构保持一致。

• 低变形和一致的收缩率，有效利用材料：在烧制过程中变形最小，非常适合超合金、钛和工具钢等昂贵或难以压缩的材料。

• 形状灵活性：这种方法可以制作复杂的形状，包括螺纹、锥度和薄壁零件等内部特征。

等静压机分类

等静压机按成型和固结时的温度高低，主要分为冷等静压机、温等静压机、热等静压机三类。

冷等静压机（ CIP ）

• 在常温下运行，无需加热装置。与热等静压相比，可对粉末施加更高的压力（100-630MPa），为下一步烧结、煅造或热等静压等工序提供具有足够强度的“生坯”，并可在烧结之前对其进行较为精细的机械加工，显著减少烧结后制品的加工量。

• 根据其成型过程不同，可分为湿袋式和干袋式两种形式。湿袋式冷等静压机工序较多，生产效率较难提高，所以较适用于实验室制备或小批量生产；干袋式冷等静压机自动化程度较高，可实现连续生产，适用于大批量生产。

温等静压机（ WIP）

• 利用液体或气体作为工作介质，在密闭容器中通过增压系统逐步加压，使得被加工的物体在各个表面受到相等的压强，并在模具限制下完成成型过程。

• 与冷等静压机相比，温等静压机在工作过程中会加热介质或工件，以达到特定的温度条件，从而促进材料的致密化、扩散或相变等过程。工作温度一般不超过500℃，压强范围可达300MPa左右。

热等静压机（ HIP）

• 需要以较为昂贵的氩气、氮气、氦气等惰性气体或其他混合气体作为压力介质，向制品（粉体或已经成型的样品）施加各向同等压力（100~200MPa）的同时利用加热炉对制品施加1000~2200℃的高温，从而使制品得以烧结或致密化的过程。

• 热等静压机具有高度均匀性，能确保电池组件在高压和高温下受到均匀的压力，产生高度均匀的材料；具有强可控性，通过调节压力和温度等参数，可精确控制固态电池的致密化和界面接触过程；适用范围广，能用于不同材料和结构的固态电池生产。

等静压技术的分类

 等静压技术的核心差异：

1.工作环境参数

• 温度范围：冷等静压（常温，25℃）、温等静压（80-120℃）、热等静压（1000-2000℃）。

• 压力介质：冷 / 温等静压用液体（水、油），热等静压用惰性气体（氩气、氮气）。

• 压力等级：冷等静压（100-630MPa）、温等静压（300MPa左右）、热等静压（100-200MPa）。

2.核心功能

• 冷等静压：可在烧结前对其进行较为精细的机械加工，显著减少烧结后制品的加工量；冷等静压机可分为湿袋式和干袋式两种形式。

• 温等静压：加热介质或工件，以达到特定的温度条件，从而促进材料的致密化、扩散或相变等过程。

• 热等静压：向制品施加各向同等压力的同时利用加热炉对制品施加1000~2200℃的高温，从而使制品得以烧结或致密化的过程。

等静压模具的设计准则

等静压模具的类型：主要分为两种类型，湿袋等静压和干袋等静压。每种方法都有其独特的操作特点和优势，适合不同的生产需求。

• 湿袋等静压：是将粉末放入一个柔性模具中，该模具通常由橡胶或类似的弹性材料制成，然后将其密封并放入一个充满液体介质的高压室中。模具完全浸没在液体中，作为压力传递介质。当施加压力时，压力会均匀地分布在整个模具中，从而确保粉末的均匀压实，尤其适用于生产大型复杂零件。

• 干袋等静压：将弹性体模具直接集成到压力机结构中。模具在压力室内保持静止，粉末在固定的模具内装卸。这种设置可实现更高的自动化程度和更快的生产速度，是火花塞绝缘体等大批量生产的理想选择，尤其适用于生产具有复杂几何形状的小型轴对称零件，比如各种部件，包括棒材、管材、衬套等，由于生产出的绿色压制物接近网状，因此压制后只需进行最少的加工。

等静压模具的优势

• 高密度和均匀压实：使用柔性膜将粉末与加压的液体介质隔离，从而使粉末致密化。由于模具会随着粉末的致密化而移动，因此摩擦效应会降到最低，整个产品的密度更加均匀。在航空航天和汽车零部件等对材料性能一致性要求较高的应用中，这种均匀性至关重要。

• 减少内应力：在各个方向均匀施加压力有助于最大限度地减少压实过程中可能产生的残余应力。内应力的减少可提高机械性能，如更高的强度和更好的可加工性。使用等静压技术制造的产品在应力作用下不易变形或开裂，因此更加可靠耐用。

• 模具成本低：对于短期生产，与其他制造方法相比，等静压相关的模具成本相对较低。模具易于制造，使用寿命长，有助于降低总体生产成本。这种成本效益使等静压技术成为具有不同产量的行业的一种有吸引力的选择。

• 提高合金化可能性：等静压可以在不引起材料偏析的情况下提高合金元素的含量。均匀的压力可确保合金元素在整个产品中均匀分布，从而改善材料性能。这种能力对于生产用于关键应用的高性能合金尤为有利。

2024年，中国等静压市场规模达167.44亿元(人民币)，全球等静压市场规模达到618.78亿元，预计全球等静压市场规模将在2030年达到912.59亿元，在预测期间，全球等静压市场年复合增长率预估为6.69%。

分区域市场来看：等静压设备行业呈现出明显的区域发展特征，其中亚太地区增长潜力凸显，北美和欧洲则成为前景广阔的新型市场，这些地区共同为等静压行业的制造商和利益相关者提供了有利可图的发展机会。

• 亚太地区成为全球市场的领导者：受大型制造基地、有利的政府举措和低劳动力成本等因素的推动，以及中国、日本、印度和韩国等国家对高性能部件的需求不断增加，亚太地区等静压市场持续增长。

• 北美和欧洲是等静压工业的新兴市场：北美、欧洲这些地区已在航空航天与国防、汽车和能源等领域建立了制造业，从而推动了等静压成型市场的发展。

分设备的类型看：等静压机具有技术先进性、能耗低、故障率低、使用稳定性、使用维修方便性、安全性、长寿命久耐用性、压坯密度均匀一致等优点。按成型和固结时的温度高低，等静压设备主要分为冷等静压机、温等静压机、热等静压机三类。

• 热等静压市场在全球等静压行业中占有最大的市场份额，航空航天、汽车、医疗、能源和制造等行业对可靠、高性能部件的需求增长带动市场不断发展。

• 冷等静压是目前最常用的等静压成型技术，在固态电池的生产中已得到了广泛应用；其中干袋式冷等静压机自动化程度较高，可实现连续生产，适用于大批量生产。