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固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)液態(tài)電池的電解液和隔膜。傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池由正極、負極、電解液和隔膜四大關(guān)鍵要素組成。固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)液態(tài)電池中的電解液和隔膜。

由于全固態(tài)電池采用全新的材料體系和電池結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的傳統(tǒng)鋰電池制造工藝和設(shè)備無法實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與制造，需要進行相應的創(chuàng)新和改進。目前全固態(tài)電池尚未量產(chǎn)，因此，生產(chǎn)工藝并未定型，并且不同類型的固態(tài)電池生產(chǎn)工藝和制造過程會有所不同，具體取決于電池的設(shè)計和應用。但可以確定的是，全固態(tài)電池生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有的傳統(tǒng)液態(tài)電池生產(chǎn)工藝存在較大差異。主要體現(xiàn)在如下方面：

1、前段極片制作環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)鋰電池：采用濕法合漿和涂布技術(shù)，將活性材料、導電劑和黏結(jié)劑混合成漿料后涂布在集流體上，隨后進行干燥和輥壓。

固態(tài)電池：引入干法電極技術(shù)，省去溶劑使用，直接通過干法合漿和涂布工藝制備極片。此外，還需額外進行電解質(zhì)膜的涂布與輥壓，以形成固態(tài)電解質(zhì)層。

2、中段電芯裝配環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)鋰電池：采用卷繞或疊片工藝，將正負極片和隔膜卷繞成電芯，隨后注入電解液并進行封裝。

固態(tài)電池：采用疊片工藝，結(jié)合極片膠框印刷和等靜壓技術(shù)，確保固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的緊密接觸。由于全固態(tài)電池無需電解液，省去了注液工序。

3、后段化成封裝環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)鋰電池：封裝后通過低壓化成激活電池。

固態(tài)電池：由于固態(tài)電解質(zhì)的高離子電導率需求，化成過程趨向高壓化，以優(yōu)化電池性能。

綜合來看，全固態(tài)電池相對傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的核心生產(chǎn)工序主要區(qū)別在于：前段固態(tài)電解質(zhì)和極片制作環(huán)節(jié)，全固態(tài)電池更適配干法電極技術(shù)，增加了干法混合、干法涂布實現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)膜制備；中段電芯裝配環(huán)節(jié)，固態(tài)電池采用“疊片+極片膠框印刷+等靜壓技術(shù)”取代傳統(tǒng)的卷繞工藝，并刪減了注液工序；后段化成封裝環(huán)節(jié)，從化成分容轉(zhuǎn)向高壓化成分容。

固態(tài)電池工藝

1、干法電極技術(shù)更適配固態(tài)電池

干法電極技術(shù)最大的優(yōu)勢在于能夠提高電極的壓實密度，從而提高電池能量密度。干法電極工藝是一種新型的電極制造工藝，最大的優(yōu)勢在于能夠提高電極的壓實密度。目前鋰電池主要采用傳統(tǒng)的濕法電極制造工藝。濕法電極制造過程中，需要使用溶劑將活性材料、導電劑和黏結(jié)劑混合后涂布在集流體上，然后再進行干燥、NMP 溶劑回收和輥壓。而干法電極技術(shù)則直接將電極材料混合成干粉，通過機械壓到集流體上形成電極片。這種方法可以提高電極的壓實密度。對于固態(tài)電池而言，更高的壓實密度意味著在相同體積下可以容納更多的正負極材料，從而提高電池的能量密度。

干法電極技術(shù)更適配固態(tài)電池等高能量密度電池。干法電極技術(shù)的理念與固態(tài)電池類似，在全固態(tài)電池中，硫化物電解質(zhì)對有機溶劑較敏感，同時金屬鋰容易與溶劑反應導致膨脹，傳統(tǒng)的 PVDF-NMP 體系黏結(jié)強度有限，而干法電極中由 PTFE（聚四氟乙烯）原纖維化構(gòu)成的二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以抑制活性物質(zhì)顆粒的體積膨脹，防止其從集流體表面脫落。

此外，采用干法電極工藝，固態(tài)電池的極片制造過程可以實現(xiàn)完全干燥，消除濕法工藝烘干后溶劑分子的殘留問題。因此，干法電極技術(shù)更適用于固態(tài)電池生產(chǎn)中。

干法電極技術(shù)工藝簡化提升效率，具有成本優(yōu)勢，有利于推動固態(tài)電池商業(yè)化。干法電極工藝可以簡化生產(chǎn)工藝，降低成本，提高生產(chǎn)效率。干法極片制造無需 NMP 溶劑，在極片制作環(huán)節(jié)可減少烘干及溶劑回收環(huán)節(jié)，將電極制造過程一體化，將濕法工藝所需的混合、制漿、涂布、干燥、輥壓等過程一體化，工藝流程更簡單，設(shè)備占地面積更小。根據(jù)納科諾爾預計，干法電極量產(chǎn)后可降低電池成本 10%以上。并且流程簡化后的干法電極技術(shù)適配電池極片的大規(guī)模生產(chǎn)。因此，干法電極技術(shù)被認為是推動固態(tài)電池商業(yè)化的重要技術(shù)之一。

目前干法電極技術(shù)的關(guān)鍵難點：根據(jù)納科諾爾介紹，目前干法電極技術(shù)的關(guān)鍵難點在于混合電極材料粉末的均勻性以及成膜的一致性。在設(shè)備領(lǐng)域，干法工藝對輥壓的精度、均勻度以及壓實密度的要求會更高。

2、中段電芯裝配環(huán)節(jié)：采用“疊片+極片膠框印刷+等靜壓技術(shù)”

①疊片機：固態(tài)電池不適用卷繞設(shè)備，需要使用疊片機，且精度要求更高。

無論固態(tài)電池還是液態(tài)電池都需要用到疊片機，但由于固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)具有脆性特性，且對設(shè)備的精度和穩(wěn)定性要求更高，使得其需要進行更多的疊片工藝，因此，固態(tài)電池制造所需要的疊片機需求也會增加。

②固態(tài)電池極片膠框覆合技術(shù)：提升固態(tài)電池極片貼合度，避免內(nèi)短路問題。

現(xiàn)有的固態(tài)電池生產(chǎn)工藝仍不成熟，存在一些不足之處，當極片料卷在完成裁斷工序后與其他極片進行復合、以制備固態(tài)電池電芯時，難以確保相鄰的極片之間具有高的貼合度，從而導致固態(tài)電池電芯的質(zhì)量下降。根據(jù)利元亨公開的專利技術(shù)，其提出了一種固態(tài)電池極片膠框覆合方法、裝置及疊片設(shè)備，能夠提升固態(tài)電池電芯中的相鄰極片之間的貼合度，保證固態(tài)電池電芯的質(zhì)量佳。

③等靜壓機為核心增量設(shè)備之一：等靜壓技術(shù)用于改善固態(tài)電池固固界面接觸問題。

生產(chǎn)固態(tài)電池一般是將正極、固態(tài)電解質(zhì)、負極堆疊在一起組裝。考慮到固態(tài)電解質(zhì)要與電極形成良好的固固界面接觸、在循環(huán)過程中會發(fā)生接觸損耗以及要抑制鋰枝晶形成等，堆疊時需要新增加壓設(shè)備，施加超過 100MPa 壓力使各材料致密堆積。傳統(tǒng)熱壓、輥壓方案提供壓力有限且施加壓力不均勻，難以保證致密堆積的一致性要求，進而影響固態(tài)電池的性能。

等靜壓技術(shù)基于帕斯卡原理，金屬、陶瓷、復合材料和聚合物等材料都能實現(xiàn)致密化，消除孔隙。對于固態(tài)電池而言，等靜壓技術(shù)可以有效消除電芯內(nèi)部的空隙，確保電解質(zhì)材料達到理想的致密化程度，提升電芯內(nèi)組件界面之間的接觸效果，從而顯著提升離子電導率 30%以上，降低電池內(nèi)部電阻率 20%以上，循環(huán)壽命提升 40%，大幅改善電池性能。而等靜壓成型需要用到的設(shè)備為等靜壓機。

目前等靜壓技術(shù)在固態(tài)電池制造領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)：等靜壓技術(shù)本身是一項成熟的技術(shù)，在陶瓷、粉末冶金等領(lǐng)域已有廣泛應用。然而，在固態(tài)電池領(lǐng)域的應用仍處于探索和發(fā)展階段，技術(shù)成熟度相對較低。目前等靜壓技術(shù)在固態(tài)電池領(lǐng)域的推廣仍然面臨著如何選取合適的壓制溫度和壓力組合，以及如何控制壓實質(zhì)地，如何提高生產(chǎn)效率與良率等挑戰(zhàn)。

3、后段化成封裝環(huán)節(jié)：新增高壓化成設(shè)備

常規(guī)的鋰電池化成壓力要求為 3-10 噸，而固態(tài)電池化成的壓力要求提高至 60-80 噸。固態(tài)電池需要高壓化成的核心原因在于其獨特的固-固界面特性和離子傳導機制，這與傳統(tǒng)液態(tài)電池的化成過程存在本質(zhì)差異。

① 解決固固界面接觸問題：固態(tài)電解質(zhì)與電極之間是剛性接觸，存在微觀空隙和接觸不良，必須通過高壓（通常 60-100MPa）壓制才能消除界面空隙，增大有效接觸面積；促進固態(tài)電解質(zhì)與電極的物理/化學結(jié)合。

②激活離子傳導通道：固態(tài)電解質(zhì)離子電導率低，需要高壓化成實現(xiàn)強制鋰離子穿透固固界面屏障，在界面處形成離子導通網(wǎng)絡(luò)，以及降低界面阻抗。