▲公司的卷对卷固态电池产线
氧化物体系： 分为薄膜型与非薄膜型，薄膜型适用于微型电子， 非薄膜型综合性能优异。对比有机固态电解质，无机固态电解质包括氧化物体系与硫化物体系，无机材料的锂离子电导率在室温下要更高，但电极之间的界面电阻往往高于聚合物体系。 其中氧化物体系开发进展更快，已有产品投入市场。氧化物体系主要分为薄膜型与非薄膜型两大类。 薄膜型主要采用 LiPON 这种非晶态氧化物作为电解质材料，电池往往薄膜化；而非薄膜型则指除 LiPON 以外的晶态氧化物电解质，包括 LLZO、 LATP、 LLTO 等，其中 LLZO 是当前的热门材料，综合性能优异。
▲氧化物体系研发机构
薄膜型产品性能较好，但扩容困难。 锂离子的流动与电流一样，遵循某种“欧姆定律”，如果传导距离缩短，则可以减小电阻值， 通过使电解质层变薄可以在一定程度上弥补低离子传导率。除了 LiPON 等少数几种固体电解质，大多数材料难以制备成薄膜。已经小批量生产的以无定形 LiPON 为电解质的氧化物薄膜电池，在电解质层较薄时（ ≤2μm ），面电阻可以控制在 50～100 Ωcm2。同时薄膜化的电池片电池倍率性能及循环性能优异，可以在 50C 下工作, 循环 45000 次后,容量保持率达 95%以上。 但是薄膜化带来较好性能的同时也面对着扩充电池容量的困境。单体薄膜电池的容量很小，往往不到 mAh 级别，在微型电子、 消费电子领域勉强够用， 可对于 Ah 级别的电动车领域则需要串并联大量的薄膜电池来增加电池组容量，工艺困难且造价不菲。从涂布到真空镀膜， 薄膜型产品多采用真空镀膜法生产。 由于涂布法无法控制粒子的粒径与膜厚，成膜的均匀性比较低，真空镀膜法能够较好保持电解质的均匀性。但是真空镀膜的生产效率低下，成本高昂，不利于大规模生产。为了改善材料与电极的界面阻抗，目前为止的应对措施是通过在 1000℃以上的高温下烧结电极材料来增加界面的接触面积，对工艺要求较苛刻。 薄膜型氧化物固态电池厂家 Sakti3 于 2015 年被英国家电巨头戴森收购， 可受制于薄膜制备的成本与规模化生产难度大，迟迟没有量产产品。
▲真空镀膜法的特点
▲真空镀膜法示意图
非薄膜型氧化物产品综合性能出色，是当前开发热门。 非薄膜型产品的电导率略低于薄膜型产品，但仍然远高出聚合物体系，且其可生产成容量型电池而非薄膜形态， 从而大大减少了生产成本。非薄膜型氧化物固态电池的各项指标都比较平衡，不存在较大的生产难题，已成为中国企业重点开发的方向，台湾辉能与江苏清陶都是此赛道的知名玩家。非薄膜型产品已尝试打开消费电子市场。 台湾辉能科技公司量产的非薄膜型固态电池是在消费电子市场“吃螃蟹”的先行者。公司产品采用软性电路板为基材，厚度可以达到 2mm，且电池可以随意折叠弯曲。2014 年公司与手机厂商HTC 合作生产了一款能给手机充电的手机保护皮套，采用了五片氧化物固态电池共提供了 1150mAh 容量的电源，通过接口直接为手机充电。同时，产品在可穿戴设备等领域也有应用。
▲辉能科技的微型电子类氧化物固态电池产品
硫化物体系：开发潜力最大，难度也最大。硫化物电解质是电导率最高的一类固体电解质, 室温下材料电导率可达 10-4～10-3 S/cm, 且电化学窗口达 5V 以上,在锂离子电池中应用前景较好, 是学术界及产业界关注的重点。 因为其拥有能与液态电解质相媲美的离子电导率，是在电动汽车方向最有希望率先实现渗透的种子选手，同时也最有可能率先实现快充快放。受日韩企业热捧。 硫化物固态电池的开发主要以丰田、三星、本田以及宁德时代为代表，其中以丰田技术最为领先，其发布了安时级的 Demo 电池以及电化学性能，同时，还以室温电导率较高的 LGPS 作为电解质，制备出较大的电池组。
对环境敏感，存在安全问题。 硫化物固态电解质拥有最大的潜力，但开发进度也处于最早期。其生产环境限制与安全问题是最大的阻碍。 硫化物基固态电解质对空气敏感，容易氧化，遇水易产生 H2S 等有害气体，这意味着生产环境的控制将十分苛刻，需要隔绝水分与氧气，而有毒气体的产生也与固态电池的初衷相悖。 对此企业的解决方案主要为： （1）开发不容易产生硫化氢气体的材料，（2）在全固态电池中添加吸附硫化氢气体的材料， （3）为电池设计抗冲撞构造。但这些做法会导致电池体积增大以及加大成本。 除此以外， 硫化物固态电池在充放电过程中由于体积变化，电极与电解质界面接触恶化，导致较大的界面电阻，较大的体积变化会恶化其与电解质之间的界面。 因此，硫化物体系是当前开发难度最大的固态电解质。生产工艺上，涂布+多次热压、添加缓冲层改善界面性能。 硫化物固态电池多已实现涂布法进行样品生产，同时，生产环境需要严格控制水分。为了解决界面问题，企业往往采取热压的方式增强电解质与电极材料的接触。此外，通过在电极与电解质之间渡上一层缓冲层，改善界面性能。宁德时代在硫化物体系也进行了前瞻布局，并初步设计了其工艺路线，其工艺路线为：正极材料与硫化物电解质材料的均匀混合与涂覆，经过一轮预热压，形成连续的离子导电通道。经过二次涂覆硫化物之后，再进行热压，固态化之后可以去掉孔隙，再涂覆缓冲层后与金属锂复合叠加。
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