固态电池材料端之电解质

全固态电池的材料端主要包括电解质，正极，负极和集流体。本文主要是固态电解质的学习记录。

固态电解质是固态电池技术的核心，目前主要包括聚合物电解质、硫化物电解质、氧化物电解质、卤化物电解质等。

1）聚合物：有良好的界面相容性和机械加工性，但离子电导率低且难以抑制锂枝晶生成。

2）氧化物：机械稳定性、化学稳定性好，成本较低，但室温离子电导率普遍偏低，且材料脆性高，加工性能较差，界面问题严重。

3）硫化物：离子电导率最高，且颗粒较软，具备优异的机械加工性能，只需简单的粉末冷压就能表现出很高的离子电导率，但硫化物固态电解质大多能与潮湿空气反应，界面副反应多、原材料成本高昂。

4）卤化物：离子电导率处于氧化物和硫化物之间，兼具较高的离子电导率和良好的抗氧化能力，且原料成本优势明显，但耐还原性差，容易吸水潮解。

目前，硫化物被视为理论上最理想的固态电解质材料，是主流电解质技术路线。从公开发布的性能参数结果来看，硫化物路线全固态电池现阶段可实现的性能指标整体优于氧化物，在能量密度方面展现出了向400Wh/kg以上的突破潜力。随着头部企业竞相公开路线选择，硫化物在全固态电池中的主流地位逐渐被认可。全球前十的车企、前十的电池厂，几乎清一色all in硫化物全固态技术路线。

按照结晶形态，硫化物固态电解质可分为玻璃态、玻璃陶瓷态和晶态等3种类型，其中前两者离子电导率率相对较低，而晶态硫化物电解质离子电导率较高。在晶态的硫化物固态电解质中，LGPS型（如Li10GeP2S12）综合性能较高，但由于加入Ge元素，生产成本较高；LPSCl型（如Li6PS5Cl）具备成本优势，且工艺成熟度较高，为目前主流选择，但缺点是在空气中不稳定。

当前硫化锂制备工艺主要分为固相、液相、气相三种路径。纯度方面，各个工艺路线做出来的硫化锂纯度基本都能满足下游电池厂对硫化锂的纯度要求，其中锂硫燃爆法以及CVD气相法由于杂质少、纯度更高一些。成本方面，碳热还原法以及液相法的成本相对更低一些。

（1）固相法最常见，具体包含球磨、高温高压、碳热还原法等。碳热还原法是当前合成硫化锂的主流工业方法，但制备流程涉及高温，成本较高；引入碳源，杂质较多。

（2）液相法：其原理是将锂/含锂化合物，硫/含硫化合物在液体介质中混合反应制备硫化锂，液体介质可以是有机溶剂或液氨。方法具有无需高温处理、工艺简单等优点，不足则包括有机溶剂易燃、易爆、易挥发；硫化氢和氢氧化锂反应不充分，多级反应后续提纯困难等。

（3）气相法：其原理是以锂源和硫源作为气态前驱体导入到一个反应室内发生化学反应，最终沉积形成硫化锂。优点在于纯度高、生产安全，但规模化生产也存在制备容器使用寿命、腐蚀问题和与不同材质的适应性问题。

相关标的：

上海洗霸：国内锂镧锆氧（LLZO）电解质独家量产企业，良品率超98%，独供比亚迪刀片固态电池项目；竞得有研稀土硫化锂资产。

天赐材料：目前硫化物路线的固态电解质处于中试阶段，主要配合下游电池客户做材料技术验证，同时中试产线建设也在持续的推动，公司计划在明年完成中试产线建设，并具备中试量产的能力，下游客户技术验证同步推进。

厦钨新能：在固态电池正极材料方面，匹配化物路线固态电池的正极材料已实现供货；硫化物路线固态电池的正极材料方面，公司与国内外下游头部企业在技术研发上保持密切的交流合作，提供多批次样品进行验证;在固态电解质方面，实现化物固态电解质的吨级生产和稳定可靠的产品性能，同时，凭借深厚的技术沉淀开发出独特的硫化锂合成工艺，样品在客户端测试良好，实验室阶段降本潜力较大。

华盛锂电：目前已完成了多种固态/半固态电池适配材料的实验室试制，比如半固态电解质添加剂双三氟甲磺酰亚胺锂、高纯硫化锂、新型硅碳负极、单壁纳米管导电剂等。针对市场上流行的硫化物固态电解质关键材料硫化锂的制备工艺，公司已掌握固相法和液相法等多种制备路线。通过自主研发并与下游头部电池厂商密切合作后，公司已确定在硫化锂制备工艺上采用一种较为独特的液相法工艺，该工艺具有纯度高、收率高、后续加工性能好等优势。目前该工艺已初步完成小试验证工作，正在筹建2吨/年的中试试产线，并与客户共同开发离子电导率5.57ms/cm的Li6PS5Cl硫化物固态电解质。

天际股份：控股子公司江苏泰瑞联腾已获得硫化锂材料制备专利，相关研发和试验工作有序进行中。

恩捷股份：百吨级硫化锂中试线已搭建完成，十吨级硫化物固态电解质已经建成，具备供货能力，硫化物固态电解质膜送样国内外头部电池厂。

泰和科技：硫化物固态电解质LPSC、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI处于中试阶段，其中LiTFSI已送样验证。

重点关注$华盛锂电(SH688353)$ $XD厦钨新(SH688778)$ 。

华盛锂电是电解液添加剂领域的领军者，主营锂电池电解液添加剂是全球Top3供应商，技术方面有坚实的护城河。公司战略投资硫化物固态电解质研发，其实验室阶段的产品能量密度已超 400Wh/kg。同时，公司与中科院合作开发新型界面改性剂，致力于解决固态电池循环寿命痛点。

厦钨新能是全球钴酸锂龙头企业，经营锂电正极材料20多年。公司横向布局三元/铁锂正极产品, 积极研发包括NL正极材料、硫化物固态电解质等下一代核心材料。公司凭借深厚的技术沉淀，开发出CVD法硫化锂合成工艺，看好气相法降本潜力。采用 CVD 法（化学气相沉积法）制备硫化锂，与含硫化合物反应，从源头控制反应活泼性和反应环境，保护硫化锂的存在形式；全套设备自研，技术借鉴集团公司冶炼工艺基础。产品纯度高，成本较低。

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注：本文只是个人学习记录，不作为投资建议。