固態(tài)電解質(zhì)是一種固體材料，在電池或其他電化學裝置中起著離子傳導的關(guān)鍵作用。與傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)具有更高的安全性，因為它們不易泄漏、燃燒或爆炸。同時，固態(tài)電解質(zhì)還可以提供更穩(wěn)定的電化學界面，有助于提高電池的循環(huán)壽命和能量密度。

固態(tài)電解質(zhì)的種類繁多，主要包括氧化物固態(tài)電解質(zhì)（如石榴石型、NASICON 型等）、硫化物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)。氧化物固態(tài)電解質(zhì)具有較高的機械強度和化學穩(wěn)定性；硫化物固態(tài)電解質(zhì)通常具有較高的離子電導率；聚合物固態(tài)電解質(zhì)則具有良好的柔韌性和可加工性。

加工工藝流程

原料準備

選擇前驅(qū)體材料：根據(jù)所需固態(tài)電解質(zhì)的類型，選擇合適的化學原料作為前驅(qū)體。例如，制備氧化物固態(tài)電解質(zhì)可能會用到金屬鹽（如鋰鹽、鈉鹽等）和金屬氧化物等；制備硫化物固態(tài)電解質(zhì)則會用到金屬硫化物和鋰鹽等；制備聚合物固態(tài)電解質(zhì)需要選擇合適的聚合物單體和鋰鹽等。這些前驅(qū)體材料的純度和質(zhì)量對最終固態(tài)電解質(zhì)的性能有著重要影響。

混合與溶解：將選定的前驅(qū)體材料按照一定的化學計量比混合，并加入適當?shù)娜軇┦蛊淙芙饣蚓鶆蚍稚ⅰτ谝恍╇y溶的材料，可能需要添加助溶劑或采用加熱、超聲等輔助手段來促進溶解或分散。在這個過程中，要確保原料混合均勻，避免局部成分差異導致的性能不均。

噴霧干燥機使用過程

霧化：將混合好的溶液或分散液通過霧化器（如壓力式霧化器、離心式霧化器或氣流式霧化器）轉(zhuǎn)化為微小的液滴。霧化器的類型和工作參數(shù)（如壓力、轉(zhuǎn)速、氣流速度等）會影響液滴的大小和分布。較小的液滴可以增加表面積與體積之比，有利于后續(xù)的干燥過程和形成均勻的固態(tài)電解質(zhì)顆粒。

干燥與固化：霧化后的液滴進入干燥室，與熱空氣（或其他干燥介質(zhì)）進行熱質(zhì)交換。熱空氣的溫度、流速和濕度等參數(shù)需要根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)的性質(zhì)和液滴的特性進行調(diào)整。在干燥過程中，液滴中的溶劑迅速蒸發(fā)，溶質(zhì)逐漸聚集并固化，形成固態(tài)電解質(zhì)顆粒。這個過程中，顆粒的粒徑、形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)會受到干燥參數(shù)的影響。例如，較高的進風溫度可能會導致顆粒表面快速干燥，形成空心結(jié)構(gòu)；而過低的溫度則可能使干燥不完全。

后處理

燒結(jié)（對于氧化物和硫化物固態(tài)電解質(zhì)）：在噴霧干燥后，對于氧化物和硫化物固態(tài)電解質(zhì)，通常需要進行燒結(jié)處理，以提高顆粒的致密性和結(jié)晶度。燒結(jié)過程在高溫下進行，使顆粒之間發(fā)生頸縮和融合，減少孔隙率，從而提高固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率。燒結(jié)溫度、時間和氣氛等條件需要根據(jù)材料的性質(zhì)進行優(yōu)化，以避免過度燒結(jié)導致的顆粒長大或性能下降。

成型加工（如需要特定形狀）：如果固態(tài)電解質(zhì)需要制成特定的形狀，如薄膜、薄片或復雜的三維結(jié)構(gòu)，可以采用壓片、注塑、3D 打印等成型加工方法。在成型過程中，需要考慮固態(tài)電解質(zhì)的機械性能和加工參數(shù)，以確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能符合要求。同時，對于一些需要與電極材料復合的應用場景，還需要進行電極 - 電解質(zhì)界面的優(yōu)化處理，如采用涂層、熱壓等方法，提高界面的接觸性和相容性。

事實上固態(tài)電解質(zhì)粉體方案目前尚未完全成熟，但不同路線都有一定的進展

氧化物電解質(zhì)粉體方案成熟度相對較高：在半固態(tài)電池中已實現(xiàn)率先規(guī)模化應用，技術(shù)相對成熟。具有較高的離子電導率、出色的熱穩(wěn)定性，擁有超過 5V 的高電壓窗口，更適配高壓正極材料體系，且對水氧不敏感，成本低于硫化物，適合大規(guī)模生產(chǎn)和應用，但與電極材料的界面接觸問題是其短板，離子電導率對電池快充性能也有一定限制。代表企業(yè)：國內(nèi)有天目先導、藍固新能源、清陶能源、贛鋒鋰業(yè)、上海洗霸、當升科技、金龍羽、天賜材料等。

硫化物電解質(zhì)粉體方案仍處于研發(fā)階段：雖然硫化物電解質(zhì)理論上能提供更高的能量密度、更快的充電速度，具備較大的商業(yè)化潛力，但目前仍未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，不過近年來受關(guān)注度越來越高，不斷取得新突破。離子電導率高，是最接近且有望超越液態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電解質(zhì)，質(zhì)地柔軟，易于機械加工，適合批量制備成高致密度的電解質(zhì)膜取代傳統(tǒng)隔膜和液態(tài)電解質(zhì)，與活性材料能保持良好的接觸，但存在電化學窗口相對較窄，易與鋰金屬及空氣發(fā)生反應，有可能產(chǎn)生硫化氫，界面穩(wěn)定性欠佳，制備難度大、成本高等問題。代表企業(yè)：全球方面，以日韓廠商為主，如三星、豐田、松下、日產(chǎn)、LG、SKI 等；國內(nèi)有寧德時代、國軒高科、高能時代等。

聚合物電解質(zhì)粉體方案技術(shù)較成熟：是最早推進商業(yè)化應用的路線，已實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，但存在電導率低等缺點，性能上限較低，到目前也并未大面積鋪開。兼具柔性與低成本，加工性能好，但熱穩(wěn)定性差、高電壓耐受性差，僅能和鐵鋰正極匹配。代表企業(yè)：國內(nèi)有清陶能源、貝特瑞、天賜材料、奧克股份等。總體而言，目前氧化物電解質(zhì)粉體方案在產(chǎn)業(yè)化應用方面相對領(lǐng)先。但從長遠來看，硫化物體系由于其高離子電導率和良好的加工性能等優(yōu)勢，被認為未來最具發(fā)展?jié)摿Γ艿皆絹碓蕉嗥髽I(yè)的關(guān)注和投入。