לסוללות מצב מוצק ולסוללות נוזליות יש קווי דמיון רבים בתהליכי ייצור. לדוגמה, תהליך הייצור של יריעות אלקטרודות מבוסס על ערבוב, ציפוי וקלנדר. לאחר החיתוך, הלשוניות מרותכות ו-PACK (חבילות הסוללה מעובדות לקבוצות). עם זאת, ישנם גם כמה הבדלים.
ישנם שלושה הבדלים מרכזיים:
1) חומרים קתודה מרוכבים עבור סוללות מצב מוצק. תערובת שלאלקטרוליט מוצקוחומר פעיל קתודה משמש כקתודה מרוכבת.
2) שיטות שונות להוספת אלקטרוליטים. סוללות נוזליות ממלאות אלקטרוליט לתוך הסוללה לאחר שהלשוניות מרותכות וארוזות. בנוסף ליצירת קתודה מרוכבת עם החומר הפעיל הקתודה, אלקטרוליטים מוצקים צריכים להיות מצופים שוב על הקתודה המרוכבת המגולגלת.
3) ניתן לשלב את גיליון האלקטרודה של סוללת ליתיום-יון נוזלי על ידי סלילה או ערימה. סוללות מצב מוצק נארזות בדרך כלל בצורת ערימה מכיוון שלאלקטרוליטים המוצקים שלהן כמו תחמוצות וסולפידים יש קשיחות ירודה.
טכנולוגיית הליבה של אלקטרוליט מוצק היא יצירת סרט, שניתן לחלק לתהליך יבש, תהליך רטוב ותהליכים אחרים.
טכנולוגיית הליבה של ייצור סוללות במצב מוצק היאסרט אלקטרוליט מוצקתהליך היווצרות. תהליך יצירת הסרט של אלקטרוליט ישפיע על העובי והתכונות הנלוות של האלקטרוליט. אם העובי דק מדי, התכונות המכניות שלו יהיו גרועות יחסית, מה שקל לגרום לנזק וקצר פנימי. אם העובי עבה מדי, ההתנגדות הפנימית תגדל. מכיוון שהאלקטרוליט עצמו אינו מכיל חומרים פעילים, צפיפות האנרגיה של תאי ומערכות הסוללה תפחת.
תהליך יצירת סרט רטוב:
יצירת סרט הנתמך על עובש, מתאים לאלקטרוליטים פולימרים ואלקטרוליטים מרוכבים, יוצקים את תמיסת האלקטרוליט המוצק לתוך התבנית, ומשיגים את סרט האלקטרוליט המוצק לאחר שהממס מתאדה.
היווצרות סרט תמיכת אלקטרודה חיובית מתאימה לסרט אלקטרוליט אנאורגני ומרוכב. תמיסת האלקטרוליט המוצק נשפכת ישירות על משטח האלקטרודה החיובית, ולאחר שהממס מתאדה, נוצר סרט אלקטרוליט מוצק על משטח האלקטרודה החיובית.
הסרט הנתמך בשלד מתאים לסרט אלקטרוליט מורכב. תמיסת האלקטרוליט מוזרקת לשלד, ולאחר שהממס מתאדה, נוצר סרט אלקטרוליט מוצק עם תמיכת שלד, שיכול לשפר את החוזק המכני של סרט האלקטרוליט.
הליבה של התהליך הרטוב היא בחירת דבקים וממיסים. הממסים קלים לאידוי ובעלי מסיסות טובה ויציבות כימית לאלקטרוליטים.
החסרונות של התהליך הרטוב הם שהממסים עלולים להיות רעילים, העלות הכוללת גבוהה יחסית, ואם הממס מתאדה בצורה לא מלאה, המוליכות היונית של האלקטרוליט עלולה להצטמצם.
תהליך יצירת סרט יבש:
מערבבים אתאלקטרוליט מוצקואת הקלסר, טוחנים ומפזרים אותם, ולוחצים (מחממים) את התערובת המפוזרת כדי להכיןסרט אלקטרוליט מוצק. בשיטה זו אין שימוש בממיסים ואין שאריות ממסים. החיסרון בשיטה היבשה הוא שסרט האלקטרוליט עבה יחסית, ומכיוון שאינו מכיל חומרים פעילים, הוא יפחית את צפיפות האנרגיה של סוללת המצב המוצק.
תהליכי יצירת סרט אחרים:
כולל שקיעת אדים כימית, פיזית, אלקטרוכימית ושיטות אחרות. תהליכים כאלה הם יקרים יחסית ומתאימים לסוללות סרט דק לגמרי במצב מוצק.
ישנן שיטות רבות ליצירת סרט אלקטרוליט מוצק. פולימרים, סולפידים ותחמוצות יכולים להתאים לתהליך יצירת הסרט המתאים ביותר בהתבסס על המאפיינים שלהם.
(1) לאלקטרוליטים מוצקים פולימריים יש את ביצועי העיבוד הטובים ביותר ואת תאימות התהליך החזקה ביותר. למעט העובדה שהם אינם ניתנים לגרגיר ואינם מתאימים לשיטת השקיעה, ניתן להשיג יצירת סרט אלקטרוליט מוצק פולימרי על ידי קלנדר יבש, ריסוס יבש, אקסטרוזיה, יציקת סרט וחדירה.
(2) סולפיד אינו מתאים לשחול בטמפרטורה גבוהה ותצהיר בגודל קטן בשל יציבות האוויר הירודה שלו. תהליכים אחרים כגון גלגול וריסוס יכולים לשמש להיווצרות סרט אלקטרוליט מוצק גופרתי.
(3) לתחמוצות יש תכונות קרמיות והן פריכות מאוד, ולכן יש ליצור אותן לסרטים על ידי שילוב של שקיעת חלקיקים וסינטר, או על ידי יציקה בתנאי מיזוג תמיסה.
סוללות מוצקות למחצה תואמות לתהליכי ייצור סוללות ליתיום מסורתיים, וציוד הייצור תואם בעצם לסוללות ליתיום. זה דורש רק תוספת של קו ייצור חדש המוקדש למפרידים חצי מוצקים, וציוד הייצור תואם לציוד למפרידי סוללות נוזליים.
סוללות חצי מוצקות דורשות מהמפרידים להיות בעלי גודל נקבוביות גדול יותר וחוזק גבוה יותר ולהשתמש בתהליך רטוב בתוספת תהליך ציפוי.
בהשוואה לסוללות מסורתיות, אין שינוי תהליך ברור במפרידים של סוללות מוצקות למחצה, וניתן להתאים את הפרמטרים. עם זאת, מכיוון שסוללות מוצקות למחצה צריכות לשפר את מוליכות היונים, המפרידים דורשים גודל נקבוביות גדול יותר וחוזק גבוה יותר, ולכן נדרש תהליך מתיחה וציפוי רטוב.
בנוסף, הביקוש למפרידים ליחידה לסוללה חצי מוצקה לא השתנה.
