【干货】硫化物固态电池

科技 2024-11-25 17:12 上海

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来源：电池社

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硫化物全固态电池被视为重点研发路线

全固态电池基于电解质体系的不同可分为聚合物全固态电池、氧化物全固态电池、硫化物全固态电池以及卤化物全固态电池。氧化物电解质界面接触较差、离子电导率较低；聚合物电解质离子电导率及电化学窗口窄；卤化物电解质力学性能较差且成本较高。硫化物因其高离子电导率、低杨氏模量特性被视为重点研发路线。

国内外企业加速布局硫化物路线

全球多家企业选择硫化物作为未来全固态电池关键材料。中国企业目标是在 2027-2030 年间实现全固态电池商业化生产，其中宁德时代预计 2027 年实现固态电池小批量生产；天赐材料硫化物固态电解质预计 2027 年千吨级产线建成。日本主要集中于硫化物研发，计划到 2030 年前实现全固态电池实用化，丰田预计 2027 年推出一款充电 10 分钟、续航里程达 960 公里的纯电动。韩国 LG、三星 SDI 等企业与美国 Solid Power、Quantum Scape 等企业均布局硫化物固态电池。

硫化物路线技术难点迎突破

硫化物路线主要有以下问题：1.正极/硫化物电解质界面问题；2.负极/硫化物电解质界面问题；3.硫化物电解质稳定性问题。抑制正极与电解质界面反应的方法主要包括：1.电解质改性；2.正极制备工艺优化；3.正极包覆。抑制负极与电解质界面反应的方法主要包括：1.优化电解质组分；2.制备人工 SEI 膜；3.制备锂合金负极。解决硫化物电解质机械稳定性以及空气稳定性方法主要有：对硫化物固态电解质进行适当的掺杂，以及通过表面改性来构建保护层结构。

硫化物固态电池降本空间潜力大

硫化物固态电解质成本高昂是目前多数企业发展硫化物路线的经济性痛点。其中原材料成本占最大比重，降低硫化锂成本或选择替代材料成为降本的主要研究方向。中科大马骋教授开发了氧硫化磷锂替代硫化锂，保留了硫化物固态电解质独特优势并极大降低成本。据 TrendForce，预估硫化物固态电池产业化初期电芯 BOM成本在 1-2 元/Wh；中期（2030 年）BOM 成本预计在 1 元/Wh 以内；远期（2035 年）当固态电解质成本降至 30 万元/吨以内时，BOM 成本有望降至 0.4 元/Wh 以下。

1. 全固态电池产业化进程加速

1.1全固态电池迎来积极催化

全固态电池技术由于其在安全性与能量密度方面的显著优势，已成为目前锂电行业重要发展方向。相较于传统液态电池，全固态电池具有以下优势：（1）能量密度上限高，最大程度实现电车超长续航问题；（2）电化学反应速度更快，在高电流快充时能保持低温运行且不影响电池寿命，充电速度更快；（3）使用固态电解质没有液体泄露风险，且材料本身更稳定，因此安全性更高且使用寿命更长。全固态电池在新能源车领域具有极大应用潜力。

全固态作为解决高能量密度的终极方案，产业化进程加速。10 月 24 日，北京纯锂新能源科技公司推出纯锂 50Ah 全固态电池，国内首条全固态量产线投产；10 月 26日，江西于都 500MWh 全固态电池量产线正式投产，该基地实现了硫化物固态电解质的公斤级制备，并已完成中试基地二期项目，产能达 300MWh/年；11 月 5 日，华为公布硫化物固态电解质新专利申请《掺杂硫化物材料及其制备方法、锂离子电池》。

相关车企近期公告全固态电池装车计划。11 月 7 日，太蓝新能源&长安汽车召开新型固态电池发布会，长安宣布全固态电池 2027 年装车测试；11 月 8 日，广汽宣布全固态电池计划 2026 年装车搭载，该电池能量密度达 400Wh/kg 以上，并将体积能量密度提升 52%以上，质量能量密度提了 50%以上，实现超 1000 公里的续航能力。

随着新能源汽车高速发展，全球固态电池出货量有望持续增长。2023 年全球固态电池出货量为 1GWh，据中商产业研究院，预计 2024 年固态电池出货量将达 3.3GWh，到 2030 年出货量将增至 614.1GWh，市场空间达 200 亿元，固态电池逐步替代现有锂电池的空间广阔。此外，在消费电子、航空等领域，下游市场对价格敏感度较低，能接受较高技术溢价，有望加快提升固态电池渗透率；在低空经济领域，如 eVTOL 等新产品对锂电池能量密度的要求提升，也为全固态电池打开了新的需求空间。据固态锂电池技术发展白皮书，预计到 2030 年固态电池渗透率将达 20%，其中全固态渗透率达 10%。

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