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固态电池核心材料全景解析

今日快讯 2025年10月24日 12:50 7 aa

固态电池的生产工艺流程在核心环节上与传统液态锂电池相似，但因其固态电解质的特性，在电解质成膜、界面处理、封装等环节存在显著差异。以下是基于当前技术路线的详细流程解析及关键技术对比：

一、核心生产工艺流程

材料制备

正/负极材料：活性物质（如锂金属氧化物、硅基材料）与导电剂、粘结剂混合，通过球磨或湿法工艺制成均匀浆料。

固态电解质：根据类型采用不同方法：

聚合物电解质：溶解于有机溶剂（如三氯甲烷）形成溶液，喷涂或涂布成膜。

硫化物/氧化物电解质：通过固相球磨、溶胶-凝胶法或共沉淀法制备粉末，再经干压或湿法成膜。

电极制备

涂布：将正/负极浆料涂覆在集流体（铝箔/铜箔）上，常用狭缝涂布或刮刀涂布。

干燥与辊压：去除溶剂后辊压提高电极密度（干法工艺无需干燥）。

干法电极（新兴技术）：

活性物质与PTFE粘结剂干混，经气流粉碎或螺杆挤出纤维化，直接压制成自支撑膜，再与集流体复合。

优势：无溶剂残留、成本降低18%、压实密度提升（磷酸铁锂+32.6%）。

电池组装

叠片/卷绕：

全固态电池：正极-固态电解质膜-负极依次堆叠，取消隔膜和注液环节。

半固态电池：保留隔膜结构，注入少量电解液浸润。

胶框印刷：在电极边缘印刷树脂框，支撑绝缘并防止短路。

热压/等静压：施加高压（通常60–80吨）增强电极与电解质界面接触，减少阻抗。

封装与后处理

封装：采用软包（叠片电芯）或方壳（烧结体电芯）形式，材料需具备高密封性、热稳定性和机械强度。

化成与老化：大压力化成激活电池，无需液态电池的注液活化流程。

测试：检测容量、循环寿命、内阻及安全性（如过充、短路测试）。

二、关键技术路线对比

不同固态电解质对应的工艺差异显著：

技术路线核心工艺优势挑战

聚合物固态电池湿法/干法涂布电解质层，兼容现有产线；卷对卷复合组装。 工艺成熟、易规模化 高温工作限制、能量密度低（难兼容高电压材料）

硫化物固态电池干法压制成膜（避免溶剂破坏）；需严格控水。离子电导率高（>10⁻³ S/cm） 电解质层厚、阻抗大；压实需高压（10 t/cm²）

氧化物固态电池高频溅射电解质层，高温烧结增强致密性。化学稳定性好烧结能耗高、界面脆性大

薄膜固态电池真空镀膜（如磁控溅射Li₃PO₄靶材）制备全固态结构。 超薄电解质（μm级）、高能量密度 设备成本高、仅适用小容量场景

三、关键设备与工艺创新

干法成膜设备：

气流粉碎机/螺杆挤出机：实现PTFE原纤化，形成自支撑膜。

高压辊压机：压力需达3500吨（特斯拉方案），提升电极致密度。

界面优化技术：

等静压：490 MPa压力减少电解质层厚度（40μm→30μm），改善循环性能。

预锂化：干法环境避免溶剂消耗活性锂，提升首效。

封装材料：需满足高机械强度、低电阻、耐高温（如PTFE/PVDF复合材料）。

四、行业挑战与发展趋势

瓶颈：

固-固界面阻抗大，需持续优化压制工艺；

硫化物规模化生产的环境控制难度高；

干法电极的PTFE改性需求（如碳包覆抑制副反应）。

趋势：

干法工艺普及：兼容固态电池无溶剂需求，降本增效潜力大；

集成化设备：混合-纤维化-压延一体化设备减少流转损耗；

柔性电池设计：适应可穿戴设备等新场景。

注：当前主流量产以聚合物和半固态路线为主（如蔚来150 kWh电池包），全固态硫化物/氧化物电池仍处于中试阶段，需突破界面工程与设备成本限制。


文章来源：固态电池与材料在线

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