全固态电池生产工艺包括哪些？

《中国固态电池设备行业发 展白皮书（2025年）》指出 全固态电池生产的主要工艺 将包括干法电极工艺、等静 压工艺、叠片工艺、高压化 成工艺等，从而将带动干法 电极设备、辊压设备、等静 压设备、叠片机、高压化成 分容设备等关键设备的市场 规模飙升。

1.干法成型技术：基于聚四氟乙烯（PTFE）成纤化的干法成型技术

传统的电极或固态电解质的湿法成型技术, 是将原材料混匀分散在溶剂中，然后再进行湿法涂覆和干燥。干法成型技术指的是不使用溶剂的电极或固态电解质的加工成型技 术。目前该技术主要包括三大类：基于聚四氟乙烯（PTFE）成纤化的干法成型技术、基于挤出或热压的干法成型技术、干法喷涂成型技术。 基于PTFE成纤化的干法成型技术，最早是由麦斯韦尔开发，是目前最常用、适配性最广的干法工艺，尤其适合将粉末状的材料黏合成膜，所成膜具有较好的蠕变性，能够通 过压延实现薄层化。2005年该公司申请专利，并于2018年公布该技术进展，并命名无溶剂干法电池电极（dry battery electrode，DBE），2019年，特斯拉收购了麦斯韦尔 技术有限公司，宣布将在其后续电池制造过程中采用DBE技术。

主要步骤包括： 1）干粉混合：将导电剂、导离子剂、活性材料、PTFE按一定比例配比，再配备强力搅拌棒的V形混合器中混合形成较均匀的干混合物。2）剪切成纤化：使用强剪切力剪切 混合粉末，例如喷射研磨机等，促进PTFE成纤化，形成纳米级纤维网络，缠绕、黏附和支撑其它干粉颗粒。3）压延成膜：将含有成纤化PTFE的混合物通过辊压机进行压延、 成膜、摊薄，形成连续的自支撑薄膜，并以卷筒形式卷绕。4）将干膜层压到集流体上：制备得到目标规格的自支撑干膜后，将其压制到集流体箔上，根据实际需求和压制 效果可以在集流体和干膜之间使用中间层黏结剂，如一些具有导电性的聚合物或碳层；或使用具有更大比表面积的三维集流体（如微孔金属箔）。 该种干法电极技术的关键是PTFE的成纤化。在工业化规模制备中，成纤化与提供剪切力的方式、剪切的工艺参数、活性材料和导电剂的物性密切相关。

【挤出工艺】以正极为例，将聚合物熔融作为流动相，以此溶解或混匀 锂盐、电极材料、各种添加剂等。以电解质膜为例，工艺路线包括两种， 1）造粒-挤出-压延：在搅拌设备中熔融造粒，颗粒由称量装置进入挤 出机进料口，挤出机螺杆包含28个输送元件和5个捏合元件，然后将挤 出物压延成目标厚度的正极膜片，并将膜片层压粘在涂碳集流体上；2） 造粒-直接压延路线。 干法工艺主要包括干燥、混合造粒、塑化和压延等几个工艺环节，无需 额外加入任何溶剂，部分工艺可以进行增减。聚合物挤出压延加工，已 有百年历史，可视为传统聚合物加工的一个小分支。

【热压工艺】对于硫化物、卤化物固态电解质，考虑到化学敏感性， 对聚合物的极性官能团不稳定性，多采用无机固态电解质为主的成膜 策略，少量聚合物只能充当黏结剂，很难适配挤出工艺。因此多采用 热压成型工艺。提前预混合经过提前预混合Li6PS5Cl与聚酰亚胺粉末， 再使用高温高压，将聚酰亚胺（20%）和硫化物（80%）热压成膜 （60μm厚）。 该工艺的难点在于聚合物与无机固态电解质的均匀混合，以及对聚合 物、无机固态电解质的聚集态结构调控。

干涂:是将完全干燥的电极材料混合物直接喷涂并沉积到集流体上的制备工艺，使用的黏结剂多为PVDF。 基本过程：将完全干燥的活性材料混合物均匀沉积到集流体上，随后通过热辊压、热压或在对流烘箱中加热后在室温下进行压延，从而获得 机械稳定性高的电极极片。采用该工艺制备的电极，其机械黏合强度达到148.8kPa，远大于采用传统湿法工艺制备的电极黏合强度 （84.3kPa）,此外，干涂电极比湿法电极具有更高的比容量和循环稳定性，表现出更优的电化学性能（可能是由不同制造方法所引起的黏结 剂聚集态结构不同导致的)。干涂工艺会使得钴酸锂颗粒表面上覆盖的绝缘聚合物层较少，锂离子很容易扩散进/出钴酸锂颗粒。

2.前段工艺：电解质膜制造

固态电解质膜为固态电池独有结构，取代了液态电池的隔膜和电解液。固态电解质的成膜工艺是固态锂电池制造的核心，不同的工艺会影响 固态电解质膜的厚度和离子电导率，固态电解质膜过厚会降低全固态电池的质量能量密度和体积能量密度，同时也会提高电池的内阻；固态 电解质膜过薄力学性能会变差，有可能引起短路，引发电池热失控。

3.中段工艺：电芯制造：叠片工艺及叠片机需求提升，多层电池可使用双极结构

与液态电池相比，固态锂电池最大的特点在于引入了固态电解质，以取代现有的电解液+隔膜的电池构成。按照固态锂电池本身的结构特点，最合适的电池形状是平面（方 形或软包电池），这样可以保留固态电解质的结构完整性。典型的方法是通过叠片工艺，将正极、固态电解质和负极堆叠在一起，组装成软包全固态电池。另外，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。对于多层电池，可以采用双极结构，实现更小的封装电阻和更高的能量密度。 • 分段叠片：沿用了液态锂电池叠片工艺，将正极、固态电解质层、负极裁切成指定尺寸后按顺序依次叠片后进行包装。即先裁切，后叠片。

 一体化叠片：在裁切前将正极、固态电解质膜和负极压延成“三明治”夹层结构，之后按照极片尺寸设计要求，将该夹层结构裁切成多个“正极-固体电解质膜-负极” 单元片，并将其堆叠在一起后进行包装。即先叠片，后裁切。 对于全固态电池而言，堆叠工艺势必会存在各种各样的电极/电解质固固界面问题。一般来说，聚合物全固态电池可以通过加热解决聚合物电解质膜同正负极间的界面电阻； 对于采用氧化物、硫化物电解质膜的固态锂电池，则需要进行加压处理改善固体电解质与电极之间的机械接触，最大程度降低充放电循环过程中界面失效、内阻增大等问题。 双极电池：目前，单一电芯很难提供5V以上电压和大电池放电的需求。因此，一般需要多个电池通过串、并联的方式成组。

目前锂离子电池最常用的成组方式为单极连接引 出正、负极端子，然后通过导线连通后排列成组。每个电池含有独立正极和负极（单极极片）。对于传统锂电池，该工艺成熟，且能有效抑制电解液在不同电芯间的串扰和 不均匀分布，安全性较高，但传输路径长，且封装件占据较大空间，甚至超过电池组体积的50%。双极电池，通过在集流体两侧分别涂覆正、负极活性材料，得到双极电 池 集流体（BP）极架构省去了大量封装材料和连接器件，大幅度降低成本，并进一步实现了极片间电流的垂直导通，能够缩短电子传输路径，解决电流分布不均等问题，相比 传统连接方式，锂离子双极电池组的功率密度和能量密度的提升能够超过40%。

胶框涂覆设备：固态电解质膜制备分为湿法工艺、干法工艺。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。其中，基材支撑，需将 固态电解质膜涂覆于支撑基材上，如PET等，然后卷绕成卷。组装时，常使用 热转印的方式将其转印到极片上。 在传统的胶框制造工艺中，通常将一块块极片依次送至第一成型工位、翻面 工位和第二成型工位，通过胶框成型机构分别在极片的两个表面上制造胶框， 可是，采用如此的制造方式会导致相应的制造设备结构复杂，占用空间大， 而且，成本高。 一种新的转印工艺是，通过成型工艺在正极极片和负极极片中的其中之一的 双面制造胶框，另一嵌设于胶框内，以使正极极片和负极极片交错叠置成电 芯，并对电芯施以等静压的压合处理；通过胶框的围合限位作用，能够限制 正极极片与负极极片之间的横向位移，并保证固态电解质层与极片紧密贴合。

焊接设备：在液态动力电池的生产中，使用激光焊接的环节主要包括： 1）中道工艺：极耳的焊接(包括预焊接)、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外 壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接等； 2）后道工艺：包括电池PACK模组时的连接片焊接，以及模组后的盖板上的防爆 阀焊接等。 固态电池中, 由于采用固态电解质膜，减少了注液孔密封钉的焊接，但新增了 激光清洗、UV打印和超声波焊接等环节，对焊接的需求有所提升。