高硬度钢模具组件是必需的，以承受制造全固态电池所需的巨大机械应力。因为该过程涉及高达数百兆帕 (MPa) 的压力，标准材料会发生变形，从而损害电池的结构完整性。硬化模具可确保固体电解质和阴极层实现最佳性能所需的平坦、紧密的接触。
制造功能性的全固态电池完全依赖于最大限度地减少层之间的电阻。高硬度模具充当坚不可摧的精密容器，能够施加融合固体组件所需的极端压力，而不会引入几何误差。
压力的关键作用
克服固-固屏障
在液体电池中，电解质会自然流入多孔电极以建立接触。在全固态电池中，电解质和阴极都是固态的。
它们不会流动；必须将它们强行压合在一起。要创建粘结的双层结构，必须施加连续、高强度的力。
所需力的量级
此过程所需的特定压力非常巨大，通常达到数百兆帕 (MPa)。
这种程度的力对于将固体电解质层和阴极复合材料层物理压缩成单一、统一的块体是必需的。
模具的功能
充当精密容器
模具的作用不仅仅是容纳粉末；它充当精密容器。
在施加垂直压力时，它必须在侧向约束材料。这种约束迫使材料致密化，而不是向外扩散。
确保平坦界面
模具的主要目标是确保层之间的界面保持完全平坦。
如果模具壁在压力下发生挠曲或弯曲，层就会卷曲或开裂。高硬度钢可确保模具保持其精确形状，从而保证界面均匀。
材料选择原则
为什么使用淬火碳工具钢
为了在这种条件下生存，模具通常由淬火碳工具钢等材料制成。
淬火会产生一种微观结构，能够抵抗高负载下的塑性变形。这种硬度使模具能够在高压压制过程中反复循环，而不会失去其尺寸精度。
理解模具变形的风险
与界面阻抗的联系
全固态电池的最终敌人是界面阻抗——离子在层之间流动的电阻。
如果模具变形，施加到层上的压力就会变得不均匀。不均匀的压力会导致电解质-阴极界面处出现微观间隙或接触不良点。
软质工装的后果
使用硬度不足的模具会导致“弹性回弹”或永久变形。
这种变形会吸收本应用于电池层的能量。力没有将双层压实以最大限度地降低阻抗，而是浪费在弯曲工装上，导致电池导电性差且效率低下。
确保制造成功
要实现高性能的双层结构，您必须使您的工装与您的压力要求相匹配。
- 如果您的主要关注点是最大限度地降低阻抗：确保您的模具材料的屈服强度远高于您目标压制压力（数百兆帕），以保证最大的接触面积。
- 如果您的主要关注点是几何精度：在连续压制过程中，利用淬火碳工具钢来防止模具的横向膨胀。
通过优先考虑模具硬度，您可以确保机械能有效地转化为低电阻、高质量的电池界面。
总结表：
| 特征 | 对双层制造的影响 |
|---|---|
| 材料选择 | 淬火碳工具钢（高硬度） |
| 耐压性 | 承受数百兆帕 (MPa) |
| 界面质量 | 确保电解质与阴极之间平坦、紧密的接触 |
| 结构目标 | 防止横向变形和几何误差 |
| 性能优势 | 最大限度地降低界面阻抗，改善离子流动 |
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参考文献
- Alexander Beutl, Artur Tron. Round‐robin test of all‐solid‐state battery with sulfide electrolyte assembly in coin‐type cell configuration. DOI: 10.1002/elsa.202400004
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
