严格要求使用碳化钨（WC）进行全固态电池堆叠的热压，因为标准模具材料在致密化所需的极端高温和高压组合下无法保持结构完整性。
虽然标准的钢制模具在较低压力下可能可用，但在承受370 MPa 和 200°C 的必需加工条件时，它们容易变形或失效。WC 提供了实现高密度性能所需的卓越硬度和抗压强度，以有效传递此力。
核心见解 生产可行的固态电池是一个致密化挑战。你不仅仅是在压缩粉末；你是在迫使电解质发生塑性流动以消除空隙。这需要比被压缩材料更硬、更坚固的工具（WC），以确保能量用于电池致密化，而不是工具变形。
致密化的物理学
要理解对碳化钨的需求，首先必须了解电池堆叠内部所需的物理转变。
实现塑性流动
固态电解质，特别是硫化物玻璃，必须在高于其玻璃化转变温度（$T_g$）的条件下进行加工。
在高温（例如 200°C）下，材料会软化。然后施加高机械压力以诱导塑性流动，迫使材料重新排列并填充微观间隙。
消除孔隙率
热压的目的是将堆叠的孔隙率从松散的 15-30% 降低到低于 10% 的致密状态。
这种降低对于体积能量密度至关重要。没有 WC 所促进的极端压力，空隙会残留，阻碍离子运动并降低电池容量。
标准材料为何失效
热压的特定操作参数排除了较软的工具材料。
承受极端压力
制造过程通常需要高达370 MPa 的压力。
在此量级下，普通模具材料如标准不锈钢可能会达到其屈服点。如果模具屈服或向外膨胀，施加在电池粉末上的压力会下降，导致产生不一致、低密度的颗粒。
保持尺寸精度
WC 确保了机械稳定性和尺寸精度。
由于 WC 在这些载荷下不会变形，因此它保证了液压机施加的力能够均匀地传递到粉末上。这产生了具有精确几何形状的结构完整的电极堆叠。
组件生态系统
虽然 WC 是高压阶段的关键，但它在一个特定的零件组合中发挥作用。
不锈钢的作用
不锈钢柱塞通常与模具一起使用，以均匀传递载荷。
它们通常能够承受高压（例如 265 MPa）施加到堆叠粉末上，充当系统中的活塞。
陶瓷的作用
需要注意的是，虽然 WC 能承受压力，但它是导电的。
陶瓷套筒通常集成到模具组中。其硬度有助于容纳粉末，但其主要功能是电气绝缘。它防止在高压组装过程中顶部和底部电极之间发生短路。
理解权衡
使用碳化钨对于性能是必要的，但它带来特定的操作限制。
脆性断裂模式
虽然 WC 具有巨大的抗压强度，但与钢相比，它很脆。
液压机中的错位或不均匀加载可能导致 WC 模具破裂或碎裂。与在失效前会屈服（弯曲）的钢不同，WC 会发生灾难性失效。
热膨胀不匹配
在 200°C 下运行会产生热膨胀。
必须精确计算 WC 模具、陶瓷套筒和钢柱塞之间的间隙。如果组件以不同的速率膨胀，模具可能会卡住，导致破裂或无法弹出样品。
为您的目标做出正确选择
选择正确的模具材料完全取决于您正在执行的电池开发阶段。
- 如果您的主要重点是制造（热压）： 您必须使用碳化钨来安全地达到将孔隙率降低到 10% 以下所需的 370 MPa / 200°C 条件。
- 如果您的主要重点是电化学测试（循环）： 您可以使用较轻的设备，施加较低的连续压力（15–50 MPa）来维持界面接触，因为繁重的致密化工作已经完成。
最终，碳化钨不仅仅是一种工具偏好；它是实现使固态电池可行的材料密度的先决条件。
总结表：
| 关键要求 | 标准模具材料问题 | 碳化钨（WC）解决方案 |
|---|---|---|
| 耐压性 | 在 370 MPa 下变形或失效 | 卓越的硬度和抗压强度 |
| 尺寸稳定性 | 在载荷下失去精度 | 保持精确的几何形状以实现均匀致密化 |
| 工艺温度 | 在 200°C 下可能屈服或膨胀 | 耐热而不变形 |
| 主要目标 | 不一致、低密度的颗粒 | 实现低于 10% 的孔隙率以获得可行的电池 |
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