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当前全固态电池产业化进程加速，硫化物固态电池作为其中的一种，因其高离子电导率、低杨氏模量特性被视为重点研发路线。宁德时代、天赐材料、北京卫蓝、江苏清陶、QuantumScape、Solid Power、三星SDI、LG新能源、丰田等国内外企业纷纷加速布局。据相关数据预测，预计到2030年，硫化物固态电解质的需求有望达到2万吨，市场空间达106亿元。
沿着以上产业发展态势，我们对硫化物固态电池进行具体的分析整理，以加大大家对相关知识层面的认知和了解，更好地作用于行业未来发展。我们将首先立足于行业概况和市场现状，对硫化物固态电池进行基础层面的整理，进而将对硫化物固态电池的材料与工艺、产业化情况进行具体分析。并在此基础上，对固态电池行业的产业链情况及相关企业进行分析，并基于以上内容，对行业的后续发展进行合理预测，对硫化物固态电池的市场空间展开分析。希望上述内容能对大家了解硫化物固态电池有所帮助。01
行业概况
1、液态电池的能量密度进入瓶颈期，安全性仍存不足
液态电池的能量密度提升难度较大，距离目标仍有差距。常规的锂离子电池是由正极、负极、隔膜、电解液四大材料以及辅助材料等组成。目前，能够批量生产制造且实现商用的锂离子电池的能量密度最高能够达到300Wh/kg左右，但是进一步提升的难度较大。这是由于锂离子电池的能量密度提升主要靠材料克容量的提升，而采用高比容量的正负极材料会造成安全性能的下降，因此，需要在电池的能量密度和安全性方面进行平衡。随着新能源汽车产业的不断发展，对于高能量密度的锂离子电池依然有较大需求。根据中国汽车工程学会制定的动力电池发展路线图，高端型动力电池单体比能量要在2025年达到350Wh/kg以上，2030年达到400Wh/kg以上，2035年达到500Wh/kg以上。通常来讲，传统液态锂离子电池的能量密度上限被公认为350Wh/kg，其实际比能量很难达到400Wh/kg，距离规划目标仍有较大的差距。![]()
液态电池应用成熟，但在安全性方面仍有不足。常规液态锂离子电池已经在消费电子、储能、新能源汽车等领域获得规模化应用。新能源汽车方面，根据SNE Research发布的数据，全球动力电池装机量从2020年的146.8GWh增长至2023年的705.5GWh，年均复合增速达到68.8%；根据中国汽车动力电池产业联盟发布的数据，中国的动力电池装机量2020年的63.6GWh增长到2023年的387.7GWh，复合增长率达到82.7%。储能方面，根据中关村储能联盟发布的数据，2023年中国新增投运新型储能装机规模为21.5GW/46.6GWh，其中锂电池占比达到97%，进一步提升。然而，液态锂离子电池依然存在安全方面的问题，根据应急管理部门的统计数据显示，2023Q1新能源自燃率上涨了32%，平均每天就有8辆新能源车发生火灾（含自燃）。按照燃油车的保有量为3.95亿辆，而新能源汽车为891.5万辆计算，燃油车的季度起火率为万分之0.46，而新能源汽车的季度起火率为万分之0.72。![]()
锂电池安全性和电解液、隔膜等稳定性有较大关系。随着电池温度的升高电池内部会发生连锁的放热反应，当电池温度达到80-120℃时，覆盖在电池负极表面的SEI膜发生分解，随后负极活性物质失去保护。温度继续上升会引发多孔隔膜闭孔，常见的隔膜材料有聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)两类。根据钜大锂电和陈泽宇等人在《电动汽车电池安全事故分析与研究现状》中的研究，PE隔膜闭孔温度在130℃左右，破膜温度在150℃左右；PP隔膜的闭孔温度在145℃左右，破膜温度在170℃左右，隔膜闭孔会阻断外部短路的电流回路，起到一定的自保护作用，如果温度继续上升，隔膜会在190℃左右解体，引发内部短路，释放大量的电能使温度迅速升高，进而引发正极分解与电解质分解反应，正极分解会释放大量的热量，被认为是触发热失控的重要原因之一。引发锂离子电池热失控的主要因素有：电解液的热稳定性。电解液中锂盐和溶剂的热稳定性与电池的安全性密切相关，大部分的有机溶剂在高温条件下是可燃的；隔膜的热稳定性。隔膜的主要功能是对电子绝缘，阻挡正负极的接触，避免电池内部的短路，若隔膜的热稳定性差，在某一温度条件下融化，会直接导致电池的热失控。![]()
2、固态电池在能量密度和安全性方面具备优势，有望打开新的应用领域固态电池能够提升电池能量密度。固态电池是将传统液态电池中的电解液替换为固态电解质的一种电池技术。与液态电池相比，固态电池的正极材料和负极材料类似，区别在于固态电解质的使用。固态电池提升电池能量密度主要有以下几种方法：固态电池能够采用容量更高的锂金属作为负极。由于固态电解质具有较强的机械性能，能够抑制锂枝晶生长，实现锂金属的应用，提升电池的能量密度；固态电池能够充分发挥正极材料容量。固态电解质相比电解液能够耐受更高的电压，实现正极材料容量的进一步发挥，进而提升电池能量密度。![]()
更高能量密度的锂离子电池能够进一步拓宽锂电池应用领域。更高能量密度的电池一方面在新能源汽车上能够实现更长的续航里程，解决此前由于能量密度低造成的里程焦虑问题，进一步提升产品竞争力，另一方面也能够拓宽锂电池的使用场景。低空飞行器作为未来具有前景的方向，其对于电池的性能提出了更高的要求。根据国家工信部发布的《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》，对航空电池的性能给出了明确的发展目标：推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产，实现500Wh/kg级航空锂电池产品应用验证，而这一性能要求的实现离不开固态电池。![]()
固态电池安全性能突出。电解液和隔膜的耐温性与电池安全密切相关，采用不燃、机械性能好的固态电解质替换电解液能够解决上述问题，显著提升电池的安全性能。固态电池的高温性能较好，固态电解质的聚合物骨架在高温下呈非晶态，有利于聚合物骨架中链段的运动，无机陶瓷本身具有较高熔点。基于以上原因，固态电池可以在较宽的温度范围内工作，也显著降低了液态电池中的冷却系统需求。有研究表明，液态电池SEI膜在80-120℃开始分解，隔膜在120℃左右发生融化，进而导致内短路以及后续的热失控。而大多数固态电解质的初始放热分解温度都大于200℃。因此固态电池相比液态电池具有更高的热稳定性。3、根据电解质材料的不同，固态电池主要可分三种体系固态电池技术早期研究以聚合物电解质为主，因此聚合物体系工艺最为成熟。但随着聚合物电解质性能达到上限难以突破，固态电池技术研究逐渐过渡到以氧化物系和硫化物系为主。氧化物体系分为薄膜和非薄膜类，前者开发重点在于容量的扩充与规模化生产，后者综合性能较好，是当前研发的重点方向；硫化物体系处于发展空间巨大与技术水平不成熟的两极化局面，亟需解决安全性等问题。![]()
国内目前有多家厂商涉足固态电解质的生产领域，多数厂商专注于氧化物和硫化物路线。其中，一些电池企业如清陶能源和赣锋锂业，采取了一体化的布局策略，涵盖了从研发到生产的全过程。同时，还有蓝固新能源和天目先导这样的初创公司，它们通过与固态电池领域的领先企业建立紧密合作关系迅速崛起。此外，还有专注于正负极材料生产的企业，例如当升科技、容百科技、璞泰来和贝特瑞。上海洗霸、金龙羽和奥克股份，通过与科研团队的合作，成功实现了从其他领域向固态电解质生产的转型。目前，多数固态电解质厂商专注于氧化物和硫化物路线，其中，氧化物电解质中LATP和LLZO竞争力较强，同时，部分厂商会研究聚合物或者尝试复合多种材料。4、硫化物电解质性能优异，制备环境要求高，工艺优化和降本是关键硫化物电解质性能优异。硫化物电解质相比于氧化物和聚合物电解质具有更高的导离子率，室温下可达到10-3S/cm，是理想的固态电池电解质材料。硫银锗矿型电解质优点突出，未来有望产业化。硫银锗矿结构的Li6PS5X（X=Cl、Br、I）硫化物电解质是晶态结构的一种，其具有较低的成本、高室温电导率（10-2S/cm）、合成简单、电化学稳定性相对其他硫化物较好等优点而受到行业关注。但是，Li6PS5Cl电解质也具有空气稳定性差、与正极材料兼容性差、与金属锂不稳定等缺点。目前，主要是通过元素掺杂、正极包覆、锂合金负极、复合固态电解质等措施来改善其性能。总的来说，硫银锗矿电解质，尤其是含卤素的电解质，因同时具备较高的室温锂离子电导率、在硫化物电解质中相对较低的成本和较高的稳定性和电极兼容性，是最具应用前景的无机固态电解质之一，未来有望率先实现产业化。硫化物电解质制备环境要求高，工艺优化和降本是关键。硫化物固态电解质虽然具备较高的离子传导性能等优势，但同时也面临应用难题。硫化物固态电解质在空气中极不稳定，易与水和氧气发生反应生成剧毒的硫化氢气体。因此硫化物固态电解质的制备与组装均需在无水无氧的环境中进行，制备成本大幅提高。为了提高硫化物电解质的空气稳定性，实现降本目的，目前有以下几种方法：使用添加剂吸收硫化氢气体；表面涂层或钝化；构建硫化物-聚合物复合电解质等。其中，构建复合电解质的策略有望整合硫化物和聚合物电解质的优势，从而可能满足电解质材料的所有先决条件并加速全固态电池的商业化。02
市场现状
1、硫化物未来潜力最大，为主流厂商重点布局路线
（1）电解质：氧化物+卤化物进展快，硫化物发展潜力最大固态电解质是实现高安全性、能量密度、循环寿命性能的关键。根据电解质的种类，可分为聚合物、氧化物、硫化物、卤化物四种路线。硫化物发展潜力最大，卤化物的热度也在提升。聚合物：不够安全，上限低，已基本被淘汰，主要与氧化物/硫化物/卤化物混用。氧化物：安全性最高，电导率一般，加工难度最大，成本低，但质地较脆，目前主要用于半固态。硫化物：潜力最大，电导率高，易加工，但难点最多，成本高，稳定性差，长期潜力较大。卤化物：介于氧化物和硫化物之间，难点是耐还原度差，成本低，近一年进展相对较快。![]()
（2）聚合物：加工性能最好，性能提升有限，已基本被淘汰聚合物易于合成和加工，率先实现商业化应用，但常温电导率低，整体性能提升有限，制约大规模应用与发展。聚合物固态电解质由高分子和锂盐络合形成，同时添加少量惰性填料。锂离子通过聚合物的分段运动，靠不断的络合与解络合而传递。聚合物由于易加工、工艺兼容等优势，率先在欧洲商业化，技术最为成熟，但其电导率低、电化学窗口窄，仅能和铁锂正极匹配，性能上限较低，工作时需持续加热至60℃，因此制约了其大规模应用，预计后续与无机固态电解质复合，通过结合两者优势，在应用端实现性能突破。![]()
（3）氧化物：稳定性最好，加工性最差，率先用于半固态氧化物稳定性最好，电导率一般，加工性能最差，目前发展进度较快。氧化物电解质是含有锂、氧以及其他成分(磷/钛/铝/镧/锗/锌/锆)的化合物。氧化物热稳定性好、电化学窗口宽、机械强度高，缺点为电导率一般、脆度高难以加工、界面接触差。量产方面，氧化物体系制备难度适中，较多新玩家和国内企业选取此路线，采用与聚合物复合的方式，在半固态电池中率先规模化装车。![]()
（4）硫化物：电导率最高，兼具加工性能，未来潜力最大硫化物电导率最高，兼具加工性能，未来潜力最大，但仍处于研发阶段。硫化物离子电导率最高，质地软易加工，可以通过挤压来增大界面接触，从而提升电池性能。锂磷硫氯为主流硫化物固态电解质，但其合成需要使用大量昂贵的硫化锂（国内报价约500万元/吨），行业经过长期的探索，仍无法降低硫化锂的成本。因此硫化物成本高，成为量产核心难点之一，后续也可能通过开发锂磷硫氧氯等新体系，不使用硫化锂前驱体从而实现降本。此外，硫化物固态电解质存在电化学稳定性差、空气稳定性差(遇水产H2S)、生产工艺难度大等问题，因此给电池制造量产带来诸多难点。整体看，硫化物目前仍处于研发阶段，但后续发展潜力最大，待材料、设备、工艺突破后，预计成为未来主流路线。![]()
（5）卤化物：介于氧化物和硫化物之间，近一年进展相对较快卤化物介于氧化物与硫化物之间，综合性能相对优异，且具备成本优势，近一年进展相对较快。理论上，卤化物固态电解质既具有高于氧化物固态电解质的氧化电位，又具有与硫化物接近的易变形性和接近的离子电导率，同时具有媲美聚合物的大规模应用前景，但卤化物的还原电位不够低，无法与金属锂负极匹配，需要包覆等方式解决，整体成本、性能处于硫化物和氧化物之间。近一年来，国内对于卤化物的热度快速提升，尤其含锆的Li2ZrCl6材料，其具备低成本的优势，成为清陶能源等公司重点突破方向，未来预计与硫化物复合应用，进而实现降本的效果。![]()
（6）趋势：硫化物未来潜力最大，为主流厂商重点布局路线硫化物未来潜力最大，头部电池厂商均重点布局。硫化物固态电解质未来最具潜力，具备极高的离子电导率，部分硫化物电解质的离子电导率甚至已经超越电解液，此外具备相对较好的界面接触性能、柔韧可加工性，成为主流厂商重点布局的路线。2、我国在固态电池领域强势赶超，全球多企业选择硫化物作为未来全固态电池关键材料中国在固态电解质申请专利数量上占据领先地位。据incoPat专利数据库，截至2024年6月25日，固态电池相关专利申请数共8494件。考虑到申请专利至公开之间存在3-18个月，因此2023年与2024年实际专利申请数量大于公开数量。其中排名前十的专利申请人主要以日韩为主，第一名是握有1297件专利的丰田汽车，第二名的是握有703件专利的LG。从国家申请专利总数来看，中国在固态电解质相关领域的专利申请量上占据领先地位，累计达到了2987件，占总专利数量的35.17%，其后依次为美国(1507件)、日本(1455件)、韩国(790件)等。目前我国已在固态电池领域已展现出强劲的赶超势头。![]()
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，其中宁德时代目前已建成10Ah级全固态电池验证平台，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处于中试阶段，预计2027年硫化物固态电解质千吨级产线建成。日本主要集中于硫化物的研发，计划到2030年前实现全固态电池的实用化，并支持丰田在2027年推出一款续航里程达960公里，充电仅需10分钟的纯电动计划。韩国LG、三星SDI等电池企业均选择布局硫化物固态电池，三星集团计划2027年全面投产全固态，实现量产和装车应用。美国Solid Power、QuantumScape等企业均布局硫化物固态电池。![]()
03
材料与工艺详解
1、硫化物电解质分类
硫化物固态电解质通常以晶体结构划分为玻璃态、玻璃陶瓷态和晶态，其中，Li3.25Ge0.25P0.7S4属于thio-LISICON型硫化物固态电解质，Li6PS5X（X=Cl,Br,I）属于Li-argyrodite型固态电解质，Li10 GeP2S12属于LGPS型固态电解质。玻璃态硫化物固态电解质通过机械球磨或高温熔融后快速冷却的方法获得，在XRD表征下没有明显的峰。玻璃陶瓷类硫化物固态电解质通常为球磨后经过一步低温烧结后获得，属于玻璃态和晶态混合的亚稳相，在XRD表征下有少量的峰。研究表明，玻璃态固态电解质主要由正硫代磷酸盐，焦磷酸盐，偏硫代磷酸盐，次硫代磷酸盐四类微小晶体构成，其传导离子的机理尚不十分明确。晶态的硫化物固态电解质通常经过高能球磨后高温烧结获得，也有部分研究采用高能球磨、研磨后烧结及液相法制备得到。晶态的硫化物固态电解质按晶体结构主要分为thio-LISICON型、Liargyrodite型和LGPS型。这三种类型的电解质都有具体的晶体结构和锂离子传输通道，其结构组成和离子迁移机理都较为明确。![]()
LPSCl型硫化物电解质低成本量产潜力相对较大。在晶态硫化物固态电解质中，thio-LISICON型硫化物固态电解质的离子电导率相对较低，通常被认为较难实现商业化应用。LGPS型电解质具有很高的离子电导率，但由于含有贵金属锗，规模化应用受到限制；有部分研究尝试用硅或者钛对锗进行替代，可以实现超越电解液的离子电导率，但其电化学稳定性差，同样难以应用。而硫银锗矿型电解质LPSCl具有优异的力学延展性和较高的离子导电性，同时规避了贵金属的使用从而更具成本竞争力，综合热安全特性、成本、工艺成熟度等因素来看，是硫化物全固态电池较好的技术路线选择。![]()
硫化物固态电解质可采用固相法或液相法进行合成。其中，固相法以高能球磨后热处理的方法为主，主要工艺流程包括：球磨：将硫化锂、五硫化二磷、氯化锂按照一定的比例混入球磨介质中，将混料加入到球磨机中机械研磨后得到浆料；干燥：将球磨后得到的浆料在保护气氛中干燥，得到硫化物固态电解质前驱体；烧结：将硫化物固态电解质前驱体置于惰性气体保护下的烧结炉中，高温烧结得到硫化物固态电解质；破碎：将硫化物固态电解质加入到气流粉碎机中经过气流破碎，得到所需粒度的硫化物固态电解质，气流粉碎机单独置于手套箱内，全程密闭运行。球磨过程中原材料的化学键被打断，实现原子级别的混合，因此制备的材料可实现较高的离子电导率。但是高能球磨本身设备要求高、研磨时间长、产率低，仍需要改进以适用大规模生产。![]()
液相法通过将材料放入极性有机溶剂中搅拌，之后对溶剂蒸干、热处理得到固态电解质，可减少生产成本。但由于Li2S、P2S5等原料较难溶解，往往需要较长反应时间来得到沉淀；并且所得沉淀为含有溶剂分子的结晶物，在热处理过程中溶剂挥发及结晶溶剂分子的分解逸出，会在电解质颗粒内部产生多孔结构，从而降低离子电导率。稳定性为制约硫化物固态电解质规模应用的重要瓶颈。晶态的硫化物固态电解质拥有很高的离子电导率，赶上甚至超过液态电解液，因此对于硫化物电解质来说，离子电导率不再是应用于固态电池的关键制约因素，空气稳定性和电化学稳定性才是制约其规模应用的瓶颈。如合成硫化物电解质的原材料Li2S和P2S5，均存在空气稳定性较差的问题，需要在充满惰性气体、无水无氧的环境中生产，设备要求大幅提升。此外，生产过程中将产生有毒的硫化氢，必须进行回收处理，以防止泄漏造成安全风险。![]()
固态电解质薄膜制备是提高电池能量密度的关键。固态电解质多以薄膜形态进行制备，而薄膜厚度的控制是核心，瓶颈在于如何在批量制造过程中避免产生裂纹和缺陷，最终达到一定良率的要求。受到电解质材料力学性能受限等的影响，目前业内能够实现的电解质膜厚度为20-40微米。若考虑到能量密度的要求，接下来还需要进一步降低。与极片制备方法类似，硫化物电解质膜的制备方法主要分为干法和湿法两种。湿法工艺是利用溶剂将粘结剂溶解，添加入固态电解质粉末进行匀浆混合，经过涂布烘干工序形成膜材，其厚度由浆料固含量和涂布缝隙宽度决定。对于湿法涂布，溶剂-粘合剂对和工艺参数对于硫化物电解质膜的离子电导率和可加工性至关重要。![]()
干法工艺主要通过将电解质粉末和粘结剂进行干混和纤维化，然后通过粉体辊压或挤压成膜，膜的厚度由辊压或挤压设备的缝隙宽度决定。干法制膜可以解决溶剂残留的问题、并省去了湿法工艺后烘干的环节，因此具备提高电导率（粘结剂以纤维状态存在，方便电子和离子通过）、降低成本的双重优势，但相较湿法工艺对于设备的工作压力、精度以及均匀度也提出了更高的要求，工艺参数和放大设备有待进一步研究。硫化锂为合成硫化物固体电解质的重要原料。硫化锂是硫化物固态电解质的关键原材料之一，其纯度会直接影响硫化物固态电解质的性能。硫化锂为锂的硫化物，分子式是Li2S，白色至黄色晶体，具有反CaF2型晶体结构，可溶于乙醇，溶于酸，不溶于碱。![]()
机械球磨法是在惰性气氛下，将单质硫和金属锂/氢化锂按比例混合后进行机械球磨反应，最终得到硫化锂产品。若采用金属锂作为锂源，则需要通过高温高压促使硫单质和锂单质发生化合反应，其反应方程式为2Li+S→Li2S。制备过程如下：将金属锂和硫磺按照质量比1:0.8加入到惰性高压容器中，将高压容器放入250℃～300℃真空烘箱中2～3h，再加入第一次等量的硫磺保温2～3h，最后再加入等量的硫磺保温2～3h；将高温灼烧得到的硫化锂粗产品放入密封的球磨罐中，室温下在转速为100～500r/min条件下球磨12～24h；球磨后的硫化锂加入到质量比1:5的异丙醇/二甲苯混合溶液中搅拌1～2h；将硫化锂浆料过滤，后加入一定量的正己烷淋洗，得到硫化锂湿料，将硫化锂湿料放入205℃真空干燥烘箱烘干8～12h,得到硫化锂产品。该方法的优点是原料便宜且常规，制备过程简单，且不产生任何废气废液。但是这种制备硫化锂的方法成本高昂，生产过程存在高温高压，对设备的选型要求很高，而且工况不易控制，同时也为后续的处理带来了挑战，在经济和工艺上均不易实现规模化的制备。也可采用氢化锂和单质硫球磨反应，其反应方程式为LiH+S→Li2S+H2↑。其制备过程如下：将LiH和S按照摩尔比2:1装入带泄气阀的不锈钢球磨罐中，再加入适量直径为10mm的不锈钢球，球料比20:1螺钉固定密封后在行星式球磨机中进行球磨2.5小时；在手套箱中放出氢气，过筛200目，即可获得硫化锂晶体粉末。该方法同样具备工艺简单、无废液产生的优点，但由于反应放热剧烈，球磨罐容易炸裂，而且容易产生局部的高、低温，高温部生成结晶性的硫化锂、多硫化锂，而低温部生成非晶质的硫化锂和含有未反应的原料，结果得不到纯度高、结晶性好的硫化锂材料。该方法的主要思路为将含硫锂盐和还原剂混合后高温烧结制备硫化锂，又可以称为固相烧结法。含硫锂盐通常为硫酸锂，还原剂可选蔗糖，反应方程式为C12H22O11→12C+11H2O，Li2SO4+2C→Li2S+2CO2。其制备过程如下：将硫酸锂和蔗糖按比例溶于去离子水中，然后喷雾干燥造粒；造粒得到的粉末在管式炉中750℃煅烧15h，得到硫化锂粗产品；硫化锂粗产品用无水乙醇洗涤过滤不溶的硫酸锂和碳粉，然后将滤液蒸发结晶提纯后烘干，即得到硫化锂，纯度99.4％。该方法所采用的原材料便宜且常规，工艺流程简单，无有害气体产生，且有效利用了高温高压密闭反应的优势，避免有害溶剂泄漏。但高温高压同样增加了工况控制和设备选型的难度，并且在生产过程中会有大量的副产物Li2O产生，导致Li2S产品不纯，最终影响使用Li2S的硫化物固态电解质的性能。![]()
溶剂法是将锂盐混合在有机溶剂中，同时通入硫化氢气体，在加热状态下反应后除杂得到高纯硫化锂，又可以称为液相法，其反应方程式为LiOH+H2S→Li2S+H2O。有机溶剂多选用脂肪烃、芳香烃或醚溶剂等，比如乙醇、己烷、甲苯、乙醚、四氢呋喃、氮甲基吡咯烷酮等。其制备过程如下：在具有搅拌桨的高压反应釜中加入NMP和氢氧化锂，边搅拌边升温到130℃，向液体中通入恒定流速的硫化氢气体。接着该反应液在氮气流下升温去除多余的硫化氢。随着升温，反应的副产物水开始蒸发排到系统外。到达180℃时停止升温，保持恒温，制备得到硫化锂浆料反应液。将硫化锂浆料反应液中的NMP倾析后，加入脱水的NMP在105℃搅拌1小时，在该温度下将NMP倾析，重复相同的操作共计4次。倾析结束后，在氮气流下在230℃下将硫化锂在常压下干燥3小时得到硫化锂。该方法中液相反应充分完全，不易残留杂质，产品提纯容易；避免了高温的烧结过程，可减少能耗；工艺相对简单，适合大规模连续制备。但是由于使用了易燃、易爆、易挥发的有机溶剂，反应中也用到了有毒的硫化氢气体，不论是有机溶剂还是硫化氢的泄露都容易造成环境污染和人员伤亡，提高了工况的危险性，增加了设备选型和后续回收处理的难度。04
产业化分析
1、影响硫化物固态电池量产的因素
空气稳性问题，硫化物固态电解质需要在充满惰性气体（如氩气）的无水无氧环境中生产，对于现有生产设备，一般不可能考虑无水无氧的氩气环境，所以对于设备端的改造或创新研发是非常关键的。副产物的产生，在生产过程中如果由于设备破损产生硫化氢等产物，必须要有一些措施来进行回收和处理，不能造成风险问题，这是必然要考虑的因素。生产成本，目前硫化物固态电解质材料的价格非常昂贵，仍然是数千万元一吨的价格。固态电解质与电极材料之间的界面特性对电池性能具有重要影响，因此需要寻找匹配良好、与固态电解质相容性较好的电极材料。在生产过程中要考虑产品的批次稳定性，就是设备虽然是一样的，但是批次不一样，所以需要对生产的工艺、环境等要求进行标准化设计。近年来，国家层面围绕着固态锂电池顶层设计的政策密集出台，鼓励和规范着行业健康有序发展。2015年和2017年发布的《中国制造2025》和《促进汽车动力电池产业发展行动方案》均提出建立和健全全固态锂离子电池产业链，推动固态电池能量密度达到500Wh/kg。2020年起，国务院发布的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》首次将固态电池列入行业重点发展对象并提出加快研发和产业化进程。而后，固态电池多次获官方点名认可。其中，2023年1月，工信部等六部门联合发布的《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，进一步提出加强固态电池标准体系研究，奠定了固态电池在现代产业中的定位。1月19日，在国新办举行的2023年工业和信息化发展情况新闻发布会上，工信部再一次释放出明晰信号：加大全固态电池技术攻关力度，进一步推动智能网联汽车商业化应用。2024年1月21日，“中国全固态电池产学研协同创新平台”（CASIP）在北京举行揭牌仪式。全国政协常委、经济委员会副主任苗圩预计，到2025年或者2026年，新能源汽车在新车销量当中将达到一半以上。他表示，“中国全固态电池产学研协同创新平台”是要将行业各个方面组织到一起分工协作，利用好新能源汽车大市场的优势，集中力量办大事，争取早日实现全固态电池的产业化。2023年9月，中科固能硫化物全固态电解质生产基地项目和溧阳市政府签约落地，围绕着硫系的固态电解质材料、固态电解质薄膜以及全固态电池展开工程化的放大。首期产品主要是硫化物固态电解质材料的批量制备和生产，将来会逐步扩展到固态电解质薄膜和全固态电池。2023年9月，瑞逍科技硫化物全固态电解质生产基地项目在衢州市龙游经开区签约。项目进行硫化物系全固态电解质材料规模化生产，预计2025年建成并达到百吨级全固态电解质生产能力，2028年实现年产6000吨全固态电解质的目标，届时将极大推动全固态电池的产业化发展，在全球范围内起到示范作用，配合产业链上下游，开启全固态电池的万亿规模市场。2023年12月，马车动力启动硫化物固态电解质中试线建设，预计2024年初正式投入使用，实现超10吨级年生产能力，标志着马车动力在全国范围内率先开启全固态电池硫化物电解质材料规模化生产。05
产业链分析
1、电池厂商把控产业关键环节，是推动研发和量产的中坚力量
全固态电池的产业链涵盖了从原材料的开采到最终应用的各个环节。技术的不断进步和产业化的加速推进，预示着全固态电池未来将在多个领域发挥重要作用。电池制造商是主导研发、推动产业化发展的核心力量，锂电池巨头重点把控电池设计、组装和测试等关键环节。全固态电池未来应用领域广泛，有望在消费领域率先落地。![]()
2、动力电池厂商积极布局全固态电池技术研发，部分厂商已实现原型样件的开发中国动力电池厂商积极布局全固态电池的研发，部分厂商已实现全固态电池A样的生产与测试，并聚焦生产工艺和电池材料的进一步探索。随着越来越多的全固态电池厂商取得技术进展，相关机构认为全固态电池技术有望在未来几年内实现重要突破。![]()
3、要实现全固态电池技术的成熟和量产，必须解决材料、界面接触和生产制造问题全固态电池当前处于技术萌芽期，材料和工艺尚处于探索和研究阶段，距离规模化量产还有一定的距离。全固态电池在技术方面主要需要解决材料和界面接触问题，在生产制造方面主要需要解决工艺不成熟、制造设备不完善的问题。![]()
4、硫化物路线主要需要解决空气稳定性、界面反应、材料制造成本等方面的问题由于离子电导率高、温度适应性强，硫化物全固态电池具有能量密度高和易携带的核心优势。目前该技术路线面临多个挑战，包括硫化物电解质特性导致的空气中稳定性差，可能产生空间电荷层和界面副反应，以及材料和制造成本较高。为了克服这些挑战，相关企业正在探索改良电解质配方、优化界面处理技术，并寻求成本效益更高的材料和制造工艺。![]()
5、材料技术研发、生产工艺改进和生态合作三者结合，有望解决硫化物路线面临的难题针对硫化物技术路线面临的难题，恩力动力通过整合材料技术、生产工艺和产业链合作，展示了解决硫化物全固态电池技术挑战的潜力。该公司通过采用改性材料和界面保护材料来增强电池的稳定性，同时自主研发设备来优化生产流程。此外，恩力动力还与上下游合作伙伴紧密协作，以降低成本和提高生产效率。预计到2026年，硫化物全固态电池将实现大规模生产。这些高性能电池预计将首先应用于高价值领域，如DEMO机器人等，以满足这些特殊场景对电池性能的严苛要求。![]()
硫化锂价值量突出，长期降本空间巨大。现有的生产工艺尚无法实现低成本、大规模的高品质硫化锂制备，因此当前硫化锂的市场售价较高，报价可高达650美元/公斤（约480万元/吨），产量也非常低，成为硫化物全固态电池走向商业化的重要掣肘。根据高能时代环评报告，其全固态锂电池研发实验室项目生产5Ah硫化物全固态电芯硫化锂的用量约为三元正极材料的1/5，对应单GWh电池所需的硫化锂在350公斤以上。根据测算，在当前硫化锂售价高达480万元/吨的情况下，硫化物电解质的成本将超过200万元/吨，全固态电池的材料成本约为2.2元/Wh，单GWh中硫化锂价值量高达16.8亿元，在所有原材料成本中占比达77%。作为参照，目前普通三元电池中碳酸锂的价值量约为5700万元/GWh。![]()
根据欧阳明高院士年初的演讲内容，自制硫化锂较外购可实现80%成本节降，因此若硫化物固态电池实现量产装车，硫化锂价格有较大可能降至100万元/吨左右，则硫化物电解质成本降低至约45万元/吨，电池成本降低至0.85元/Wh，对应单GWh电池硫化锂价值量约3.5亿元，依然为成本占比最高的电池材料。长期来看，考虑锂金属构成一定刚性成本支撑，假设规模化应用后，硫化锂的量产价格降低至30万元/吨，则硫化物电解质成本可降低至约15万元/吨，电池成本降低至0.61元/Wh，对应单GWh电池硫化锂价值量约1.1亿元，占比仅次于三元材料。![]()
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06
相关企业
1、宁德时代
2023年4月19日，宁德时代率先发布高能量密度的凝聚态电池。凝聚态电池拥有安全性高、可靠性强、循环寿命长等特点，单体能量密度达500Wh/kg，可以快速实现量产，满足客户需求。电解液完全不同于普通液态锂离子电池的电解液呈完全100%的液态，而是一种半固态化的胶质状态，这使得凝聚态电池既能完成锂离子在正负极的传导工作，也因为电解液本身的粘性使得流动性降低，能提高动力电池整体的安全性能，避免了传统液态锂离子电池热失控的巨大风险。此外，凝聚态电池还聚合了包括超高比能正极、新型负极、隔离膜、工艺等一系列创新技术。宁德时代凝聚态电池已实现商业化，今年内将具备量产能力。目前，宁德时代正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发，执行航空级的标准与测试，满足航空级的安全与质量要求。同时，宁德时代还将推出凝聚态电池的车规级应用版本，可在今年内具量产能力。多种技术路线并行研究，硫化物电解质已建立起10Ah级别的验证平台，目标2027年达到7-8分的研发水平。公司正在进行基于硫化物电解质的全固态电池的研发，目前已建立起10Ah级别的验证平台。4月28日，宁德时代首席科学家吴凯在CIBF2024先进电池前沿技术研讨会上称，如果用技术和制造成熟度作为评价体系（以1-9打分），宁德时代的全固态电池研发目前处于4分的水平。吴凯称，宁德时代的目标是到2027年达到7-8分的水平，意味着届时可以小批量生产全固态电池，但大批量生产仍然会面临成本等问题。![]()
专利布局领先，电解质或为硫化物-卤化物复合电解质。比亚迪早在2016年即开始了固态电池领域的专利布局，在专利数量上处于国内领先位置。从技术路线选择上看，弗迪电池极有可能选用了高镍三元（单晶）+硅基负极（低膨胀）+硫化物-卤化物复合电解质的全固态电池材料体系。电芯容量可以做到60Ah以上，质量比能量密度达到400Wh/Kg，体积比能量密度达到800Wh/L，针刺或热箱不起火不爆炸，同时在考虑热管理、安全、快充等性能要求下的电池系统及整车高效集成技术，电池包能量密度超过280Wh/Kg。计划2027年于高端车型推广全固态电池。量产时间表方面，弗迪电池计划2027年小批量生产，搭载于比亚迪高端车型，规模约1000台。到2030年为市场推广期，预计有4万辆车装载全固态电池。到2033年，预计有12万辆车规模化装机，市场占有率逐渐提升。![]()
供需关系压力短期影响盈利能力。2024Q3公司毛利率17.90%，环比小幅下滑0.38pct，公司毛利率下滑主要是受到电解液降价的影响。当前电解液价格已处于周期底部区域，后续随着下游需求的持续增长，公司产能利用率在明年有望得到进一步修复，公司盈利能力有望同步回升。全球化布局稳步推进，海外市场有望贡献成长新增量。公司前期规划的美国和摩洛哥产能目前都在稳步推进，美国项目处于工厂设计及相关环评手续办理阶段，摩洛哥项目处于项目设计阶段，预计2026年底完成建设。摩洛哥和美国产能的落地有利于公司更好对接欧洲和北美客户需求，全球化布局的落地有望拓宽公司客户覆盖范围，贡献成长新增量。前瞻布局新技术，打造持续增长驱动力。公司前瞻布局硫化物固态电解质技术，目前已开始配合下游客户做技术验证，预计2025年将具备中试产线；公司结构胶业务也已经覆盖头部电池厂商，伴随下游客户渗透率提升以及锂电行业的需求增长，公司结构胶业务有望保持快速增长。承接国际先进技术，专注新一代电池及其核心材料研发和产业化。恩力动力创始人戴翔博士师从“锂电池之父”John Goodenough教授，联合创始人兼CTO车勇则在东京工业大学结识了LGPS型硫化物固态电解质的发明人、世界领先的全固态电池科学家菅野了次。以二人分别在美国和日本新能源材料和电池产业的长年深耕为基础，恩力动力自2017年起便致力于硫化物全固态电池研发，包括全固态电解质和锂金属负极等核心技术的研发工作，在中国、美国、日本三地设有研发和制造中心。通过推进对固态电池的产业化及应用，恩力动力在锂金属电池，硫化物固态电解质，全固态电池设备和工艺等方面，从底层原理，工艺设备到整包设计均积累了丰富的经验。公司过去几年在半固态电池方面已得到客户认证，产品已经进入量产阶段，应用在高端飞行器、潜水器、无人机等设备上。![]()
恩力动力与软银紧密合作，在固态电池技术研发上进展不断。恩力动力及软银联合开发团队一直致力于研究和开发具有高能量密度的新一代电池，旨在为平流层的高空平台站（HAPS）、无人机等领域提供持久而轻便的电信服务电源解决方案。2023年8月，恩力动力与软银公司联合发布了1-10Ah的全固态锂金属电芯，采用硫化物电解质和锂金属负极，其能量密度达到300Wh/kg。今年7月3日，软银宣布联合开发团队成功开发出能量密度高达350Wh/kg的全固态电池。团队将持续深化全固态电池技术的研发，力求在2024财年内将电池的能量密度提升至400Wh/kg，并在2026财年内实现电池寿命超过1000次循环的目标。这将为航空、物联网、汽车等多个领域提供更高效、更稳定的电源解决方案。多方合作，共推固态电池的研究、开发与量产。在学术界，恩力动力与东京工业大学菅野了次长期合作，研发硫化物固态电解质材料，以及使用硫化物固态电解质材料的全固态电池。在产业界，恩力动力不仅与软银合作，已在半固态高比能锂金属电池领域取得了一系列突破性的技术成果，近日还与上游企业璞泰来达成围绕固态电池技术的战略合作，璞泰来将提供先进的相关材料和设备技术支持，恩力动力将负责具体的电芯开发工作。Q3业绩超预期。公司Q3归母、扣非净利润分别约1.06、0.925亿元，分别环比增长123%、168%，超预期，主要系Q3三元材料出货环比快速增长，出货约3.5万吨，环比增长约33%，同时海外客户放量，单位盈利也在修复。三元正极业务分析。估算公司2024年Q3三元出货约3.5万吨，同/环比增长25%/33%，超行业增速。公司Q3前驱体、锰铁锂、钠电等战略性业务投入约4600万元，剔除战略性业务投入后，三元正极业务Q3盈利1.65亿元，估算单吨盈利约0.47万元/吨，盈利明显修复。主要系Q3海外客户开始放量，海外客户占比提升至20%，带动单位盈利明显修复。目前，韩国工厂1期2万吨，有望在Q4逐步满产，明年韩国2期4万吨工厂也将建成，海外客户占比有望进一步提升，中长期有望提升至50%，且海外客户在加工费、商务条款及订单稳定性上可能要高于国内客户。新产品新应用领域加速拓展。公司在固态电池领域前瞻布局，在2022年公告与宁德、卫蓝等企业在固态电池材料端深入合作，目前公司Ni90高镍产品已开始供货卫蓝新能源360Wh/kg半固态电池体系，正式应用在蔚来ET7等三款车型；公司前瞻布局固态电池产业，贴紧头部电池企业不断迭代进步，公司固态电解质出货达几十吨级别，硫化物电解质也实现公斤级出货。此外，公司为配合4680大圆柱电池的产品开始放量，超高镍9系产品今年前三季度出货已超2万吨，三元产品结构得到进一步优化。此外，公司还在加大在锰铁锂、钠电以及前驱体的投入，未来也有望产生回报。
07
市场空间
1、预计2030年固态类电池市场超200GWh
固态电池的应用场景和液态电池重叠，未来将主要在消费电池、动力电池和储能电池三大领域全面替换液态电池。其中，在消费电池方面，固态电池可以凭借其高安全和柔性等优点，率先应用于对成本敏感程度较小的微电池领域，随后逐渐渗透到高端消费电池的应用中。且随着固态电池产品的逐步成熟，未来将有望渗透至新能源汽车动力电池领域；此外，还可以凭借其安全性优势渗透至储能电池中。![]()
到2030年固态电池有望超200GWh市场场规模。预计2025年固态电池需求量为17.3GWh：假设2024-2025年全球新能源车销量增速为30%、28%，单车带电量年均提升0.5度电；假设2024-2025年全球3C锂电池出货增速10%；假设2024-2025年全球储能锂电池出货增速35%、33%。则对应2025年全球动力/消费/储能电池的出货量分别为1248/146/345GWh，在固态电池渗透率为1%/2%/0.7%的假设下，对应2025年全球固态电池需求量为17.3GWh。预计2030年固态电池需求量为217GWh：在全球动力电池部分，假设2026年全球新能源车销量增速为25%，此后每年减少3pct；单车带电量仍每年提升0.5度电；在全球储能电池部分，假设从2025年开始每年增速降低3pct；在全球3C电池部分，假设从2025年开始每年增速降低1pct。则2030年全球动力/储能/消费电池的出货量分别为2980/1008/204GWh。在固态电池渗透率为5%/10%/4.7%的假设下，对应2030年全球固态电池需求量为223.3GWh，2025-2030年CAGR为65.8%。![]()
2、硫化物固态电池降本空间潜力大，未来市场空间广阔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。硫化物固态电解质生产成本主要由原材料成本、制造成本和研发成本三部分组成，其中原材料成本占据最大比重，尤其是硫化锂这一关键原材料，因此降低硫化锂成本或者选择替代材料成为降本的主要研究方向。目前相关研究团队已找到一些降低硫化锂成本方法，比如中科大马骋教授开发了一种不以硫化锂作为原料的硫化物固态电解质——氧硫化磷锂，这种固态电解质以成本低廉的水合氢氧化锂和硫化磷作为原材料合成，氧硫化磷锂材料还保留了硫化物固态电解质的独特优势，如极低的密度和良好的负极相容性，使其在性能上具有显著优势。据TrendForce集邦新能源，预估硫化物固态电池产业化初期电芯BOM成本在1-2元/Wh；规模化量产后中期（2030年）电芯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，电芯BOM成本有望降至0.4元/Wh以下。![]()
硫化物固态电解质未来市场空间广阔。按照硫化物固态电解质用量在10%左右测算，1GWh硫化物全固态电池的电解液用量大约为250吨。据天赐材料，在未来持续降低硫化锂成本基础上，预计到2030年，硫化物固态电解质的需求有望达到2万吨，市场空间达106亿元。![]()
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参考研报
1. 东吴证券-固态电池行业深度系列二：硫化物未来潜力最大，开启电池发展新纪元
2. 国联证券-电力设备行业固态电池系列报告一：硫化物固态电池产业化提速3. 中银国际-电力设备行业固态电池系列报告之二：技术路线多元发展，产业化落地加速4. 亿欧智库-2024中国全固态电池行业产业研究：全固态电池即将迎来量产元年5. 东方证券-新能源汽车产业链行业深度报告：技术系列报告（三），固态电池发展方向探讨，详解硫化物电解质路线6. 山西证券-新能源动力系统行业固态电池深度报告：聚焦性能和成本，固态电池产业化提速7. 招商证券-容百科技-688005-Q3业绩超预期，海外客户放量，前瞻布局固态电解质8. 兴业证券-天赐材料-002709-全球化稳步推进，布局新技术保障长期增长
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