奇瑞新专利:不用液气介质,设备成本能降多少?

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2026-09-17

固态电池电芯制造,正在寻找一条绕开复杂液气介质的压制新路。

全固态电池被视为下一代动力电池的核心方向,但固态电解质与电极材料之间"硬碰硬"的固-固界面,一直是产业化绕不开的坎。制造过程中需要对电芯施加外部压力促进致密化,而传统等静压工艺大多依赖液体或气体作为传压介质,设备贵、工艺复杂,还容易污染对水分和氧气敏感的固态电解质。

20268月,奇瑞汽车股份有限公司公开了一项发明专利,提出了一套不使用液气介质的等静压处理装置与方法。

1 核心思路:用弹性材料代替液气传压

这套装置的结构并不复杂:上下两块刚性压板,中间各夹一层半刚性缓冲材料,固态电池电芯放在两层缓冲材料之间,形成"刚性压板缓冲层电芯缓冲层刚性压板"的夹层。

加压时,刚性压板相向运动,半刚性缓冲材料受压发生弹性形变,把压力均匀传递到电芯两个表面。因为缓冲材料的形变是贴合式的,理论上可以模拟等静压的施压效果,同时不需要密封腔体,也不需要液体或气体参与。

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模块化叠层缓冲结构的等静压处理装置示意图

2 缓冲层是关键:专利列了六种实现方式

专利说明书中列举了六种缓冲层方案,覆盖从简单到进阶的组合:

模块化叠层缓冲——标准厚度(1mm2mm5mm10mm)的片状弹性体可拆卸叠合,边缘设定位凹槽与凸点防止错位,一套装置可覆盖50μm5mm厚度范围的电芯。

梯度孔隙缓冲板靠近压板一侧硬度高、靠近电芯一侧偏软,低压时软区先贴合表面,高压时硬区参与承压,自适应不同压力工况。

热压一体化——缓冲层内嵌入0.5—2mm厚的柔性加热膜,配合PID温控单元,控温精度±2℃,实现预热加压保压冷却完整流程。

宽压缩区间弹性体——开孔型硅胶泡沫,压缩率40%—80%,靠自身压缩量适配不同厚度电芯,无需更换缓冲单元。

弹簧阵列——微型不锈钢或铍铜合金弹簧呈阵列排布,线径0.1—0.5mm,抗疲劳性能适合大规模工业化循环使用。

波纹板——不锈钢或高分子波纹板受压变形传递压力,结构简单,可在波谷填充弹性体增强回弹。

缓冲材料可选微孔硅胶、聚氨酯泡沫、热塑性聚氨酯;热压工况下还可添加氮化硼或氧化铝纳米填料,把导热系数从普通泡沫的低于0.1 W/(m·K)提升到0.3—0.8 W/(m·K)

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伺服驱动厚度自适应系统的等静压处理装置示意图

3 工艺四步走

以专利说明书中的热压工况为例:

第一步,装料定位。清洁电芯,居中放在两层缓冲层之间,注意保护极耳;按电芯厚度选配缓冲单元数量,预留压缩空间。

第二步,预热。柔性加热膜工作,约3—5分钟将电芯整体升温至预设温度(如80℃)。

第三步,加压保压。外部压力机驱动压板相向运动,施加预设压力(如5MPa),保压约15分钟,促进固态电解质颗粒重排、消除微孔隙。

第四步,冷却卸压。停止加热,自然冷却或风冷至安全温度(如60℃以下)再缓慢泄压,避免热应力导致电芯开裂。

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热压一体化结构的等静压处理装置示意图

专利给出的整体压力区间为0.1—10MPa,缓冲层压缩率30%;常温工况下可省略加热步骤,直接加压保压后卸压。装置还可搭配位移传感器与控制器,实时监测电芯厚度变化,闭环调节压力机输出。

4 总结

从专利文本看,这套方案的意义集中在三点:

降本:不用液气传压介质,省去高压密封腔体、介质注入与回收、干燥清洗等环节,设备结构大幅简化,更易对接自动化产线。

防污染:液体或气体渗入电芯内部的风险被消除,对水分、氧气敏感的硫化物固态电解质体系尤其友好。

产线适配:缓冲层可更换、厚度可调,配合位移传感器闭环反馈,能根据电芯实际厚度自动调节压力,提升批次一致性。

专利文本描述的是技术设想,实际压制效果、量产一致性和长期可靠性,还需要后续实测数据验证。但它指向的方向很明确:固态电池制造装备的简化和降本,正在从材料体系竞争延伸到工艺装备竞争。


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