固态电池

一：固态电池概述

固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。可以极大缓解液态电池的问题，可以搭配高比能材料，大幅减重，能量密度提升，能量密度有望达到500Wh/kg 甚至更高。在安全性方面，固态电池具有高强度、高电化学稳定性以及高燃点。固态电池有望成为新一代高性能理电池候选者。

全固态电池完全使用固体传输理离子，电池内部体积效应以及固体电解质之间存在的固-固界面问题限制了其动力学性能。目前，全固态电池技术尚处于实验室研究阶段，要得到实用化的全固态电池，需将实验室策略与电池制造工艺相集成

对于全固态电池而言，已有的鲤离子电池材料、结构和制造工艺装备可继续沿用的不多，需要突破电极、电解质、界面工程及封装等技术固态电池制造的核心: 固体电解质的成膜工艺以及大尺寸全固态电池的集成工艺。

二：固态电池工艺

全固态电池通常采用软包的方式集成。可按照裁片与叠片的先后顺序将叠片工艺分为分段叠片和一体化叠片。从工艺成熟度、成本、效率等方面考虑，叠片可以通过正极，固体电解质膜和负极的简单堆叠实现电池各组件的集成是最适用于全固态电池制备的工艺

1、分段叠片: 沿用液态电池叠片工艺，将正极固体电解质层和负极裁切成指定尺寸后按顺序依次叠片后进行包装。

2、一体化叠片: 在裁切前将正极，固体电解质b膜和负极压延成3层结构，按尺寸需求将该3层结构裁切成多个“正极-固体电解质膜-负极”单元，并将其堆叠在一起后进行包装

聚合物全固态鲤电池制备工艺的特点是通过干法和湿法工艺均可制备复合固态正极和聚合物电解质层易于制备大电芯:易于制备出双极内串电芯其问题是成膜均一性难以控制: 难以兼容高电压正极材料，导致能量密度不高;受醚类聚合物电解质材料限制，电池往往在高温下才能工作；

硫化物全固态鲤电池干法工艺的特点是节省去溶剂工艺制备成本及节约制备周期;无其他物质 (溶剂)对电解质的影响;千法电池性能更稳定；其问题是制备大容量电池困难: 电解质层厚度较厚阻抗较高;粉末压实需要较高平压压强

氧化物全固态鲤电池的制备过程是正极和固态电池电解质材料的制备通过球磨的方式分别进行:使用高频溅射法，将固态电池溅射到正极材料表面:将复合好的正极-电解质材料进行高温烧结:通过电子束蒸发法将负极分布到电解质材料上。

不同电解质选用的溶剂不同，聚合物电解质: 选用乙睛、丙酮等溶剂。硫化物固体电解质:选择非极性溶剂，如田苯、二甲苯等。

三：固态电解质成膜工艺

固体电解质膜为全固态电池独有结构，取代了液态电池的隔膜和电解液，主体为固体电解质。

电解质成膜工艺是固态电池制造中的关键工艺，通过几十年的研究，在材料开发方面，不同类型的固态电解质 (聚合物、氧化物、硫化物等) 已经能够被成功地合成制备出来。

固体电解质的成膜工艺根据是否采用溶剂分为湿法工艺和干法工艺，除了干法和湿法之外，还可以通过气相沉积法制备固体电解质膜。

1、湿法工艺成膜操作简单，工艺成熟，易于规模化生产，是目前最有希望实现固体电解质膜量产的工艺之一。按照载体不同，湿法工艺可分为模具支撑成膜、正极支撑成膜以及骨架支撑成膜。

2、干法工艺是将固体电解质与聚合物粘结剂分散成高粘度混合物，然后对其施加足够的压力使其成膜；优点: 不采用溶剂，直接将固体电解质和粘结剂混合成膜，不需要烘干，在成本上有优势:同时干法成膜无溶剂残留，可获得更高的离子电导率。

3、气相法包括化学气相沉积，物理气相沉积，电化学气相沉积和真空溅射沉积等固体电解质膜制备工艺这些方法是在电极上形成超薄电解质膜，气相方法的成本较高，应用较窄，只适用于薄膜型全固态电池。

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