在用于全固态锂离子电池的放电等离子烧结（SPS）过程中，高纯度石墨模具充当活性工艺组件，同时实现电池成型、产生必要的热量并施加机械压力。它们并非仅仅充当被动的容器，而是SPS有效性的能量传递机制不可或缺的一部分。
核心见解：石墨模具充当SPS工艺的“引擎”。通过同时充当电阻加热元件和高强度压力容器，它们能够同时施加热能和机械力，从而实现电池材料的快速致密化。
三个主要功能
在SPS过程中，石墨模具执行三个独立但同时进行的关键角色，这对于电池制造至关重要。
1. 电阻加热元件
石墨模具最动态的功能是其热量产生作用。它直接充当电阻加热元件。
当脉冲直流电（DC）通过系统时，石墨将电能转化为焦耳热。这使得热量可以直接在样品周围产生，而无需依赖外部对流或辐射源。
2. 轴向压力传递
固态电池层的致密化需要巨大的机械力。石墨模具充当此力的机械传递器。
它将SPS机器的压头施加的轴向压力直接传递到电池样品。这种压力对于将粉末材料压实成致密、粘结的固体至关重要。
3. 结构成型
最基本地说，模具充当成型容器。
它将全固态电池的多层结构固定在原位。这确保了在材料承受加热和压缩的应力时，层的几何完整性得以保持。
为什么选择石墨作为首选材料
石墨模具的有效性取决于其特定的材料特性。这些特性直接实现了SPS工艺的“快速”特性。
高导电性和导热性
为了使模具能够充当加热器，它必须能够有效地传导电流。
石墨的高导电性允许脉冲电流有效流动。同时，其高导热性确保产生的热量能够快速均匀地分布到内部的电池材料上。
高温机械强度
标准金属在烧结所需的高温下通常会软化或变形。
石墨在高温下仍能保持其机械强度。这使其能够承受致密化所需的巨大压力而不发生塌陷或翘曲，确保最终电池保持精确的尺寸。
区分：生产与测试
区分用于制造（烧结）的模具和用于测试的模具至关重要。
用于烧结（SPS）的石墨
石墨针对制造阶段进行了优化。其开放的结构允许快速加热和加压，但通常不设计用于将电池永久密封与环境隔离。
用于测试的不锈钢
如补充材料中所述，在测试阶段通常使用不锈钢模具。
与石墨不同，不锈钢模具充当封装壳。它们将电池与湿气和氧气隔离，并在电化学测试期间保持恒定的堆叠压力，以防止接触失效。
为您的目标做出正确选择
为了在固态电池开发中取得最佳结果，您必须将模具材料与您工艺的特定阶段相匹配。
- 如果您的主要重点是快速致密化（SPS）：优先选择高纯度石墨模具，因为其导电性和高温强度对于将脉冲电流转化为烧结所需的加热和压力至关重要。
- 如果您的主要重点是电化学测试：使用不锈钢模具，它们充当集电器和密封件，以保护电池界面免受大气腐蚀。
石墨模具不仅仅是一个容器；它是驱动烧结过程物理学的导电介质。
总结表：
| 功能 | 在SPS过程中的作用 | 所需关键材料特性 |
|---|---|---|
| 电阻加热 | 将脉冲直流电直接转化为样品周围的焦耳热 | 高导电性与导热性 |
| 压力传递 | 将压头施加的轴向力传递到电池粉末上进行压实 | 高温机械强度 |
| 结构成型 | 保持多层电池结构的几何完整性 | 尺寸稳定性和可加工性 |
| 热管理 | 确保快速均匀的热量分布 | 高热扩散率 |
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