▲公司的卷對卷固態電池產線
氧化物體系： 分為薄膜型與非薄膜型，薄膜型適用于微型電子， 非薄膜型綜合性能優異。對比有機固態電解質，無機固態電解質包括氧化物體系與硫化物體系，無機材料的鋰離子電導率在室溫下要更高，但電極之間的界面電阻往往高于聚合物體系。 其中氧化物體系開發進展更快，已有產品投入市場。氧化物體系主要分為薄膜型與非薄膜型兩大類。 薄膜型主要采用 LiPON 這種非晶態氧化物作為電解質材料，電池往往薄膜化；而非薄膜型則指除 LiPON 以外的晶態氧化物電解質，包括 LLZO、 LATP、 LLTO 等，其中 LLZO 是當前的熱門材料，綜合性能優異。
▲氧化物體系研發機構
薄膜型產品性能較好，但擴容困難。 鋰離子的流動與電流一樣，遵循某種“歐姆定律”，如果傳導距離縮短，則可以減小電阻值， 通過使電解質層變薄可以在一定程度上彌補低離子傳導率。除了 LiPON 等少數幾種固體電解質，大多數材料難以制備成薄膜。已經小批量生產的以無定形 LiPON 為電解質的氧化物薄膜電池，在電解質層較薄時（ ≤2μm ），面電阻可以控制在 50～100 ?cm2。同時薄膜化的電池片電池倍率性能及循環性能優異，可以在 50C 下工作, 循環 45000 次后,容量保持率達 95%以上。 但是薄膜化帶來較好性能的同時也面對著擴充電池容量的困境。單體薄膜電池的容量很小，往往不到 mAh 級別，在微型電子、 消費電子領域勉強夠用， 可對于 Ah 級別的電動車領域則需要串并聯大量的薄膜電池來增加電池組容量，工藝困難且造價不菲。從涂布到真空鍍膜， 薄膜型產品多采用真空鍍膜法生產。 由于涂布法無法控制粒子的粒徑與膜厚，成膜的均勻性比較低，真空鍍膜法能夠較好保持電解質的均勻性。但是真空鍍膜的生產效率低下，成本高昂，不利于大規模生產。為了改善材料與電極的界面阻抗，目前為止的應對措施是通過在 1000℃以上的高溫下燒結電極材料來增加界面的接觸面積，對工藝要求較苛刻。 薄膜型氧化物固態電池廠家 Sakti3 于 2015 年被英國家電巨頭戴森收購， 可受制于薄膜制備的成本與規?；a難度大，遲遲沒有量產產品。
▲真空鍍膜法的特點
▲真空鍍膜法示意圖
非薄膜型氧化物產品綜合性能出色，是當前開發熱門。 非薄膜型產品的電導率略低于薄膜型產品，但仍然遠高出聚合物體系，且其可生產成容量型電池而非薄膜形態， 從而大大減少了生產成本。非薄膜型氧化物固態電池的各項指標都比較平衡，不存在較大的生產難題，已成為中國企業重點開發的方向，臺灣輝能與江蘇清陶都是此賽道的知名玩家。非薄膜型產品已嘗試打開消費電子市場。 臺灣輝能科技公司量產的非薄膜型固態電池是在消費電子市場“吃螃蟹”的先行者。公司產品采用軟性電路板為基材，厚度可以達到 2mm，且電池可以隨意折疊彎曲。2014 年公司與手機廠商HTC 合作生產了一款能給手機充電的手機保護皮套，采用了五片氧化物固態電池共提供了 1150mAh 容量的電源，通過接口直接為手機充電。同時，產品在可穿戴設備等領域也有應用。
▲輝能科技的微型電子類氧化物固態電池產品
硫化物體系：開發潛力最大，難度也最大。硫化物電解質是電導率最高的一類固體電解質, 室溫下材料電導率可達 10-4～10-3 S/cm, 且電化學窗口達 5V 以上,在鋰離子電池中應用前景較好, 是學術界及產業界關注的重點。 因為其擁有能與液態電解質相媲美的離子電導率，是在電動汽車方向最有希望率先實現滲透的種子選手，同時也最有可能率先實現快充快放。受日韓企業熱捧。 硫化物固態電池的開發主要以豐田、三星、本田以及寧德時代為代表，其中以豐田技術最為領先，其發布了安時級的 Demo 電池以及電化學性能，同時，還以室溫電導率較高的 LGPS 作為電解質，制備出較大的電池組。
對環境敏感，存在安全問題。 硫化物固態電解質擁有最大的潛力，但開發進度也處于最早期。其生產環境限制與安全問題是最大的阻礙。 硫化物基固態電解質對空氣敏感，容易氧化，遇水易產生 H2S 等有害氣體，這意味著生產環境的控制將十分苛刻，需要隔絕水分與氧氣，而有毒氣體的產生也與固態電池的初衷相悖。 對此企業的解決方案主要為： （1）開發不容易產生硫化氫氣體的材料，（2）在全固態電池中添加吸附硫化氫氣體的材料， （3）為電池設計抗沖撞構造。但這些做法會導致電池體積增大以及加大成本。 除此以外， 硫化物固態電池在充放電過程中由于體積變化，電極與電解質界面接觸惡化，導致較大的界面電阻，較大的體積變化會惡化其與電解質之間的界面。 因此，硫化物體系是當前開發難度最大的固態電解質。生產工藝上，涂布+多次熱壓、添加緩沖層改善界面性能。 硫化物固態電池多已實現涂布法進行樣品生產，同時，生產環境需要嚴格控制水分。為了解決界面問題，企業往往采取熱壓的方式增強電解質與電極材料的接觸。此外，通過在電極與電解質之間渡上一層緩沖層，改善界面性能。寧德時代在硫化物體系也進行了前瞻布局，并初步設計了其工藝路線，其工藝路線為：正極材料與硫化物電解質材料的均勻混合與涂覆，經過一輪預熱壓，形成連續的離子導電通道。經過二次涂覆硫化物之后，再進行熱壓，固態化之后可以去掉孔隙，再涂覆緩沖層后與金屬鋰復合疊加。
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