全固態鋰電池具有能量密度高、安全性好、工作溫度范圍廣和循環壽命長等優良性能，已經成為國內外企業和科研院所的研發熱點。近些年，關于全固態鋰電池的集流體、電極、界面、隔膜和電解質的研究已經取得了很大的進展，性能各異的樣品也紛紛從實驗室中問世，而涉及全固態鋰電池的生產工藝和規模制備技術卻很少提及，本文將對全固態鋰電池制備工藝現狀做探討和總結。

       電芯封裝技術趨同，極片和電解質片制備工藝各異

       從全固態鋰電池的尺寸和外形上可以分成薄膜型和大容量型兩大類。其實，各類型全固態鋰電池的電芯封裝技術基本上趨于一致，極片和電解質膜片的制備技術差異非常大。全固態鋰電池的結構設計、電池容量、應用場景與可能的規模制備方式見表1。

表1 全固態鋰電池的容量、應用與可能的規模制備方式

（來源：中科院寧波材料所 許曉熊團隊）   

       在平面襯底上按照正極、電解質、負極的順序依次制備成薄膜，最后封裝而成就是薄膜型全固態鋰電池。在制備過程中，電池各薄膜層需要采用相應不同的生產工藝。一般情況下，金屬鋰作為負極材料時，通常采用真空熱氣相沉積技術制備，具體可包括：正極、電解質、氧化物的負極，可以采用如射頻濺射(RFS)、射頻磁控濺射(RFMS)等的各種濺射技術，目前也有研究用3D打印技術來制備薄膜。（來源：中科院寧波材料所 許曉熊團隊）

        大容量全固態鋰電池薄膜層采用卷繞或疊片工藝制備

       大容量全固態鋰電池的市場應用前景廣闊，因此對生產工藝的要求為：速度快，成本低。聚合物固態電解質膜的柔韌性較好，可以借鑒液態電解質鋰電池中廣泛使用的高速擠壓涂布或噴涂技術，采用卷繞工藝。但是無機固態電解質膜較脆容易斷裂，所以更多采用疊片工藝制備。至于是多層一次涂布制備電解質和正極的復合層，還是分別制備電解質和正負極膜片后再重疊復合？目前，規模化生產的最佳技術路線仍然不明確。

        可能80%的生產設備可延用傳統鋰電池的但生產環境要求更嚴苛

       全固態鋰電池的生產設備從客觀上看：不存在革命性的創新。雖然與傳統鋰離子電池電芯生產設備也有一定的差異，可能80%的生產設備可以延用傳統鋰電池的生產設備。但是生產的環境標準更高，比如說溫濕度的范圍。這對于具備預鋰化、鎳鈷鋁、鈦酸鋰、超級電容器、鋰離子電容器等空氣敏感儲能器件的生產企業來說，制造設備可以兼容，但環境成本明顯提高。

        日本曾用涂布卷對卷生產線疊片電池單元制備聚合物全固態電池

       目前，全固態聚合物鋰電池通常采用印刷、涂布和卷對卷技術，日本電力中央研究所的涂布卷對卷生產線見圖1。首先，分別將聚合物電解質涂布在正負極極片上，固化過程采用紫外線照射，然后，再將正負極極片緊密擠壓在一起，經過裁剪疊片流程最終制得電池單元。據報道，日本電力中央研究所已采用圖1生產線制備了二層電池單元，其輸出電壓為12V，正極采用電位超過4V的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂，負極為石墨，日本大創株式會社(Dalso)提供聚醚材料作為固態電解質。同時，為防止電解質與正極材料的接觸面上形成氧化物，正極表面會涂覆特殊的無機物，達到降低電池電阻的作用。

圖1 全固態電池卷對卷生產線

       常溫狀態下，來自該生產線的固態電池電解質電導率只有10^-5s/cm，所以必須加入溫控系統，使其保持在60℃的環境下才能正常工作。

        LiPON全固態電池無法大規模生產

       國外Front Edge Technology，Infinite Power Solutions，Cymbet Enerchlps，Excellatron公司已經可以生產技術比較成熟的磷酸鋰電解質固態電池產品，作為微電子與微機械系統、智能卡、傳感器等方面的微電源，在軍事和醫學領域的貢獻尤為突出。但是，現階段工藝技術限制無法大規模生產，所以，LiPON全固態電池價格昂貴，每1mAh電池成本達到25美元。

        硫化物全固態電池制造技術披露信息較少

       雖然硫化物全固態電池相比聚合物全固態電池性能更好，但硫化物電解質和電極之間的相容性比較差，對電池制備技術提出了更高的要求。日本在硫化物電解質電池方面的研究較深入。但是，目前關于產品的制造技術披露得較少。

       結語

       目前，全固態鋰電池從尺寸和外形上可以分成薄膜型和大容量型兩大類，它的電芯封裝技術趨同，極片和電解質片制備工藝各異。大容量全固態鋰電池各薄膜層采用卷繞或疊片工藝制備，可能80%的全固態鋰電池生產設備可延用傳統鋰電池的生產設備但生產環境要求更嚴苛。

       類比鋰電池的發展歷程，日本仍然走在了全固態鋰電池制備工藝的前列。目前，聚合物全固態電池、磷酸鋰全固態電池、硫化物全固態電池是市場前景較好，研究相對廣泛的類別。但是，在兼顧電池性能的情況下，制備工藝本身面臨很大的挑戰。隨著全固態鋰電池制備工藝的不斷發展，我們要相信全固態鋰電池量產的道路曲折，但前途依然光明。