固态电池与液态电池制造工艺的主要区别
与液态锂电池部分兼容,采用叠片工艺,成膜是关键环节。 固态电池采用复合正极,其电解质添加方式与液态电池不同,主要采用叠片工艺。固态电池与液态电池在制造工艺上有许多相似之处,例如,极片制造都采用浆料混合、涂布和延展工艺,完成极耳焊接后再进行分切、PACK(将电芯加工组装成电池组)。两者最核心的区别有三点:

(1) 固态电池正极材料采用复合形式,即将固态电解质与正极活性材料混合,制成复合正极;
(2) 电解质的添加方式不同:液态电池在极耳焊接后向电池中注入电解液并进行封装,而固态电解质则需要在延展成型的复合负极上再次涂布,同时与负极活性物质形成复合负极;
(3) 液态锂离子电池极片可以采用卷绕或叠片的方式组合,而固态电池通常采用叠片封装,因为氧化物、硫化物等固态电解质韧性较差。

固态电解质成膜:关键工艺与技术
固态电解质的核心工艺是成膜,可分为干法、湿法及其他工艺。固态电池制造的核心环节在于固态电解质成膜,这一过程会影响电解质的厚度及相关性能。膜层过薄会导致其机械性能较差,容易破裂并造成内部短路;膜层较厚则会增大内阻,而且由于电解质本身不含活性物质,会降低电池单体和系统的能量密度。
①湿法成膜工艺
模具支撑成膜,适用于聚合物和复合电解质:将固态电解质溶液倒入模具,待溶剂蒸发后得到固态电解质膜;负极支撑成膜,适用于无机和复合电解质膜:将固态电解质溶液直接倒在负极表面,待溶剂蒸发后在负极表面形成固态电解质膜;骨架支撑成膜,适用于复合电解质膜:将电解质溶液注入骨架中,再使溶剂蒸发。骨架支撑成膜适用于复合电解质膜:将电解质溶液注入骨架,待溶剂蒸发后形成由骨架支撑的固态电解质膜,可提高电解质膜的机械强度。湿法工艺的核心在于选择黏结剂和溶剂,溶剂应易于蒸发,并具有良好的溶解性和化学稳定性。湿法工艺的缺点是溶剂可能有毒,整体成本相对较高;若溶剂未能完全蒸发,还可能降低电解质的离子电导率。
②干法成膜工艺
将电解质与黏结剂混合后进行研磨和分散,再将分散后的混合物加压(加热)制成固态电解质膜。该方法不使用溶剂,因此不会有溶剂残留;其缺点是电解质膜相对较厚,而且膜内不含活性物质,会降低固态电池的能量密度。
③其他成膜工艺
包括化学、物理、电化学气相沉积以及真空溅射等方法。这类工艺成本较高,适用于薄膜全固态电池。

固态电池:固态电解质材料及其成膜工艺
聚合物兼容的工艺范围更广,硫化物对环境要求更高,而氧化物适用于沉积和浇铸。固态电解质的成膜方法较多,可根据聚合物、硫化物和氧化物各自的特性,匹配最合适的成膜工艺。
(1) 聚合物固态电解质具有最佳的加工性能,因此工艺兼容性最强。除无法造粒、因而不适用于沉积法外,还可通过干法延展、干法喷涂、挤出、浇铸和浸渗等工艺制成聚合物固态电解质膜。
(2) 硫化物的空气稳定性较差,因此不适用于高温挤出工艺和小尺寸沉积工艺;此外,也可采用延展、喷涂等工艺制备硫化物固态电解质膜。
(3) 氧化物具有陶瓷特性,脆性较高,需要通过颗粒沉积与烧结相结合的方式制成薄膜,或在溶液混合条件下通过浇铸成型。
