Solid-state-akuilla ja nesteakuilla on monia yhtäläisyyksiä valmistusprosesseissa. Esimerkiksi elektrodilevyn valmistusprosessi perustuu lietesekoitukseen, päällystykseen ja kalanterointiin. Leikkauksen jälkeen kielekkeet hitsataan ja PACK (akkupakkaukset käsitellään ryhmiin). On kuitenkin myös joitain eroja.
Siinä on kolme keskeistä eroa:
1) Komposiittikatodimateriaalit solid-state-akuille. Seoskiinteä elektrolyyttija katodiaktiivista materiaalia käytetään komposiittikatodina.
2) Erilaiset elektrolyyttilisäysmenetelmät. Nestemäiset akut täyttävät elektrolyyttiä akkuun sen jälkeen, kun kielekkeet on hitsattu ja pakattu. Sen lisäksi, että katodiaktiivisen materiaalin kanssa muodostetaan komposiittikatodi, kiinteät elektrolyytit on myös pinnoitettava uudelleen valssatun komposiittikatodin päälle.
3) Nestemäinen litiumioniakun elektrodilevy voidaan yhdistää käämimällä tai pinoamalla. Solid-state-akut pakataan yleensä pinottavaan muotoon, koska niiden kiinteillä elektrolyyteillä, kuten oksideilla ja sulfideilla, on huono sitkeys.
Kiinteän elektrolyytin ydinteknologia on kalvonmuodostus, joka voidaan jakaa kuivaprosessiin, märkäprosessiin ja muihin prosesseihin.
Solid-state-akkujen valmistuksen ydintekniikka onkiinteä elektrolyyttikalvomuodostumisprosessi. Elektrolyytin kalvonmuodostusprosessi vaikuttaa elektrolyytin paksuuteen ja siihen liittyviin ominaisuuksiin. Jos paksuus on liian ohut, sen mekaaniset ominaisuudet ovat suhteellisen huonot, mikä aiheuttaa helposti vaurioita ja sisäistä oikosulkua. Jos paksuus on liian paksu, sisäinen vastus kasvaa. Koska elektrolyytti itsessään ei sisällä aktiivisia aineita, akkukennojen ja järjestelmien energiatiheys pienenee.
Märkäkalvonmuodostusprosessi:
Muottituetun kalvon muodostaminen, joka sopii polymeeri- ja komposiittielektrolyyteille, kaada kiinteä elektrolyyttiliuos muottiin ja hanki kiinteä elektrolyyttikalvo, kun liuotin on haihtunut.
Positiivisen elektrodin tukikalvon muodostus sopii epäorgaaniselle ja komposiittielektrolyyttikalvolle. Kiinteä elektrolyyttiliuos kaadetaan suoraan positiivisen elektrodin pinnalle ja liuottimen haihtumisen jälkeen positiivisen elektrodin pinnalle muodostuu kiinteä elektrolyyttikalvo.
Rungon tukema kalvo soveltuu komposiittielektrolyyttikalvolle. Elektrolyyttiliuos ruiskutetaan runkoon, ja liuottimen haihtumisen jälkeen muodostuu kiinteä elektrolyyttikalvo rungon tuella, mikä voi parantaa elektrolyyttikalvon mekaanista lujuutta.
Märkäprosessin ydin on liimojen ja liuottimien valinta. Liuottimet ovat helposti haihduttavia ja niillä on hyvä liukoisuus ja kemiallinen stabiilisuus elektrolyyteille.
Märkäprosessin haittoja ovat, että liuottimet voivat olla myrkyllisiä, kokonaiskustannukset ovat suhteellisen korkeat ja jos liuotin haihtuu epätäydellisesti, elektrolyytin ioninjohtavuus saattaa heikentyä.
Kuivakalvonmuodostusprosessi:
Sekoitakiinteä elektrolyyttija sideaine, jauha ja dispergoi ne ja paineista (lämmitä) dispergoitu seos valmistaaksesikiinteä elektrolyyttikalvo. Tämä menetelmä ei käytä liuottimia, eikä siinä ole liuotinjäämiä. Kuivamenetelmän haittana on, että elektrolyyttikalvo on suhteellisen paksu, ja koska se ei sisällä aktiivisia aineita, se vähentää puolijohdeakun energiatiheyttä.
Muut kalvonmuodostusprosessit:
Mukaan lukien kemialliset, fysikaaliset, sähkökemialliset höyrypinnoitus ja muut menetelmät. Tällaiset prosessit ovat suhteellisen kalliita ja soveltuvat ohutkalvo-täys-solid-state-akkuihin.
Kiinteän elektrolyyttikalvon muodostusmenetelmiä on monia. Polymeerit, sulfidit ja oksidit voivat sovittaa sopivimman kalvonmuodostusprosessin omien ominaisuuksiensa perusteella.
(1) Kiinteillä polymeerielektrolyyteillä on paras prosessointikyky ja vahvin prosessiyhteensopivuus. Lukuun ottamatta sitä tosiasiaa, että niitä ei voida rakeistaa ja ne eivät sovellu kerrostusmenetelmään, kiinteän polymeerisen elektrolyyttikalvon muodostus voidaan saavuttaa kuivakalanteroinnilla, kuivaruiskutuksella, ekstruusiolla, nauhavalulla ja infiltraatiolla.
(2) Sulfidi ei sovellu korkean lämpötilan ekstruusioon ja pienikokoiseen kerrostukseen huonon ilmanstabiiliutensa vuoksi. Muita prosesseja, kuten valssausta ja ruiskutusta, voidaan käyttää kiinteän sulfidielektrolyyttikalvon muodostamiseen.
(3) Oksideilla on keraamisia ominaisuuksia ja ne ovat erittäin hauraita, joten ne on muodostettava kalvoiksi yhdistämällä hiukkasten kerrostaminen ja sintraus tai valamalla liuossekoitusolosuhteissa.
Puolikiinteät akut ovat yhteensopivia perinteisten litiumakkujen tuotantoprosessien kanssa, ja tuotantolaitteet ovat periaatteessa yhteensopivia litiumakkujen kanssa. Se vaatii vain uuden puolikiinteiden erottimien tuotantolinjan lisäämisen, ja tuotantolaitteet ovat yhteensopivia nesteparistojen erottimien kanssa.
Puolikiinteät akut edellyttävät, että erottimissa on suurempi huokoskoko ja suurempi lujuus, ja niissä on käytettävä märkäprosessia ja pinnoitusprosessia.
Perinteisiin akkuihin verrattuna puolikiinteiden akkujen erottimissa ei ole selvää prosessimuutosta, ja parametreja voidaan säätää. Koska puolikiinteiden akkujen on kuitenkin parannettava ioninjohtavuutta, erottimet vaativat suuremman huokoskoon ja suuremman lujuuden, joten tarvitaan märkävenytys- ja pinnoitusprosessi.
Lisäksi puolikiinteän akun yksikkökohtaisten erottimien kysyntä ei ole muuttunut.
