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硫化物固態(tài)電解質(zhì)的現(xiàn)狀與發(fā)展

億富機(jī)械 2025-03-15 | 閱讀：419

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1,、固態(tài)電解質(zhì)：目前技術(shù)路線未定,，各有優(yōu)劣

2、硫化物：離子電導(dǎo)率最高,，發(fā)展?jié)摿薮?/p>

? 硫化物電解質(zhì)具有理想的離子電導(dǎo)率（媲美液態(tài)電解質(zhì)）,，良好的電極材料兼容性（較寬的電化學(xué)窗口），是目前最理想的固態(tài)電解質(zhì)之一,，在全固態(tài)電池中發(fā)展?jié)摿ψ畲?。但是亟待解決的問(wèn)題多多：

? 1）界面不穩(wěn)定，容易發(fā)生副反應(yīng)造成阻抗變大,；

? 2）堿性和水性環(huán)境下極易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化氫,；

? 3）稀土金屬的添加大幅提升了加工成本和材料成本。

? LGPS型和硫銀鍺礦型離子電導(dǎo)率高,，同時(shí)硫銀鍺礦型SE具備低成本高穩(wěn)定性特點(diǎn),，具備較好的發(fā)展前景。

3,、硫化物：目前面臨原料及電池多方面量產(chǎn)難題

? 1）關(guān)鍵固態(tài)電解質(zhì)材料的大規(guī)模生產(chǎn)和降本：包括大規(guī)劃量產(chǎn)（克級(jí)到噸級(jí)）,，納米級(jí)別制備（um級(jí)別做到nm級(jí)別），連續(xù)化生產(chǎn)以及成本控制,；

? 2）極片層面量產(chǎn)難題：包括混料（正負(fù)極材料+固態(tài)電解質(zhì)混料）,，勻漿制片（濕法正負(fù)極的勻漿問(wèn)題），干法電極生產(chǎn)

? 3）電池層面量產(chǎn)難題：電池生產(chǎn),，裝配,，以及空氣濕度控制

? 4）終端應(yīng)用：能量密度提升，電池容量保持,，電池循環(huán)壽命

4,、硫化物：如何實(shí)現(xiàn)原材料大規(guī)模生產(chǎn)是首要難題

? 硫化物固態(tài)電解質(zhì)目前面臨大規(guī)模量產(chǎn)難題：原材料的一致性，粒徑控制問(wèn)題,，同時(shí)硫化物SE對(duì)空氣/水敏感，運(yùn)輸連接的密封也至關(guān)重要,；

? 一般來(lái)說(shuō),，硫化物電解質(zhì)制備方法可以分為三類(lèi)：1）固相反應(yīng)法：按照化學(xué)計(jì)量比加入原材料混合組成前驅(qū)體材料，前驅(qū)體材料加熱到熔點(diǎn)熔融,，之后將樣品冷卻到室溫得到電解質(zhì)材料,，期間反應(yīng)條件苛刻，同時(shí)直接高溫下鋰硫揮發(fā),，容易產(chǎn)生雜項(xiàng),；2）機(jī)械球磨法：在高速球磨的過(guò)程中，原料顆粒在沖擊中實(shí)現(xiàn)碰撞擴(kuò)散及反應(yīng)；3）液相法：以有機(jī)溶劑為介質(zhì)合成硫化物電解質(zhì),，合成的電解質(zhì)顆粒小且一致性好,，但溶劑一般為有毒溶劑，同時(shí)液相法生產(chǎn)出來(lái)的硫化物電解質(zhì)電導(dǎo)率略低于固相法,。

5,、硫化物：如何低成本生產(chǎn)是次要難題，核心在硫化鋰

? 硫化物電解質(zhì)原料一般為硫化鋰,，五硫化二磷及氯化鋰,，其中硫化鋰為主要原料。

? 硫化鋰在自然界并不穩(wěn)定,，在空氣中易吸收水蒸氣發(fā)生水解,，放出劇毒硫化氫氣體，可被酸分解放出硫化氫,，可與硝酸劇烈反應(yīng),；電池級(jí)硫化鋰與工業(yè)級(jí)的區(qū)別在于產(chǎn)品的純度和粒徑要求不同。

? 由于目前硫化鋰售價(jià)高昂,，且空氣穩(wěn)定性問(wèn)題難解決,，制備的時(shí)候需要比較好的空氣保護(hù)，導(dǎo)致硫化物電解質(zhì)量產(chǎn)難度在于如何實(shí)現(xiàn)硫化鋰的大規(guī)模低成本量產(chǎn),。

6,、硫化物：上市公司工藝各異，液相法成本相對(duì)較低

? 主流上市公司布局硫化鋰的工藝路線各有千秋,，主要集中固相法,、液相法以及碳熱還原法，其中以有研新材,、容百為代表的使用固相工藝制備硫化鋰,，廈鎢、天賜等使用液相工藝制備硫化鋰及硫化物電解質(zhì),，恩捷股份,、容百采用碳熱還原法制備硫化鋰，并采用固相工藝制備硫化物電解質(zhì),。

? 從成本角度來(lái)看,，液相法制備硫化鋰存在一定的成本優(yōu)勢(shì)，但目前仍處于量產(chǎn)前期,，后續(xù)成本下降情況需進(jìn)一步驗(yàn)證,。

7、硫化物：硫化鋰目前成本占比70%+,，后續(xù)降本空間大

? 以高能時(shí)代5Ah全固態(tài)電池估算,，目前1Wh全固態(tài)電池的BOM生產(chǎn)成本在1.66元/Wh,，其中假設(shè)硫化鋰單噸售價(jià)在300萬(wàn)元/噸，對(duì)應(yīng)硫化鋰生產(chǎn)成本占電池生產(chǎn)成本75%左右,，未來(lái)隨著國(guó)產(chǎn)硫化鋰技術(shù)逐步突破,，假定硫化鋰價(jià)格下降至30萬(wàn)元/噸，對(duì)應(yīng)硫化物固態(tài)電池的BOM成本下降至0.54元/Wh,，降本空間較大,，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)與鋰電池平價(jià)。

8,、硫化物：電池電極,、電解質(zhì)膜生產(chǎn)是第三大難題

? 電池復(fù)合電極、電極膜生產(chǎn)難題：硫化物固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)后,，電池極片選擇復(fù)合極片,，由活性材料、導(dǎo)電添加劑和SE組成,，中間會(huì)存在界面問(wèn)題,，導(dǎo)致電極內(nèi)阻增加，容量下降,，如何克服內(nèi)阻和容量問(wèn)題是后續(xù)改進(jìn)重點(diǎn),，復(fù)合極片制備中物料混合后，如何和集流體緊密粘連也是難題所在,。

? 硫化物電池大規(guī)模生產(chǎn)：難點(diǎn)在于干法電極,、致密化加壓、特定環(huán)境裝配,，其中干法電極難度在于粘合劑纖維化,，目前合適的纖維化設(shè)備（例如高速氣流吹掃、螺桿擠出機(jī),、軋機(jī)）仍在開(kāi)發(fā)中,；同時(shí)電極需要緊密的固體-固體接觸，等靜壓300MPA是后續(xù)難題,；最后硫化物SE對(duì)空氣/水敏感,，SE材料制造可能需要封閉循環(huán)惰性氣氛，電池制造期間需要更嚴(yán)格的干燥條件,。

9,、硫化物：產(chǎn)業(yè)鏈積極布局產(chǎn)能，產(chǎn)業(yè)化加速可期

? 產(chǎn)業(yè)鏈中從上游鋰鹽廠,、中游材料廠以及下游電池廠均布局硫化鋰及硫化物固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)，后續(xù)隨著國(guó)產(chǎn)硫化鋰生產(chǎn)壁壘突破后,，硫化鋰售價(jià)有望下降,，帶動(dòng)硫化物固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展加速。