硫化物“一馬當先”,全固態(tài)電池量產(chǎn)“大提速”

在全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化征途中，硫化物路線技術突破不斷提速。

近期，億緯鋰能在互動平臺表示，目前該公司已完成Ah級軟包硫化物全固態(tài)電池樣品開發(fā)，百MWh的中試線預計在2025年投入運行。該公司計劃于2026年實現(xiàn)全固態(tài)電池生產(chǎn)工藝的突破，推出一款高功率、高環(huán)境耐受性及絕對安全的全固態(tài)電池，主要用于混合動力領域；于2028年推出400Wh/Kg的高比能全固態(tài)電池。

而在上個月，國軒高科發(fā)布采用硫化物電解質(zhì)的金石全固態(tài)電池產(chǎn)品，能量密度達到350Wh/kg，單體電芯容量為70Ah。據(jù)宣稱，金石電池硫化物電解質(zhì)的離子電導率達到16mS/cm；恩捷股份舉行全固態(tài)硫化物新品發(fā)布會，推出超純硫化鋰、超細硫化物固態(tài)電解質(zhì)，以及高電導硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜等系列新品。

不僅如此，還不斷有企業(yè)加入到硫化物全固態(tài)電池的研發(fā)中。在此之前，安孚科技發(fā)布公告稱，其控股子公司南孚電池擬與合資方共同設立公司，在南平市開展新型電池中試平臺運營合作，為解決硫化物全固態(tài)電池商品化關鍵技術問題而進行試生產(chǎn)，共同建設運營硫化物基全固態(tài)電池中試產(chǎn)線。

據(jù)報道，寧德時代在今年又加大了對硫化物全固態(tài)電池的研發(fā)投入，已將研發(fā)團隊擴充至超1000人，此前其已建立10Ah級全固態(tài)電池驗證平臺，近期已進入20Ah樣品試制階段。寧德時代透露，其2027年小批量生產(chǎn)硫化物全固態(tài)電池機會很大。

在下游應用端，目前全球已經(jīng)有不少車企公布了其硫化物全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進展，2030年有望成為這一全固態(tài)電池裝車的關鍵節(jié)點。比如，比亞迪計劃在2027年小批量生產(chǎn)固態(tài)電池，并在2030年實現(xiàn)大規(guī)模應用；其固態(tài)電池將采用高鎳三元正極、硅基負極以及硫化物電解質(zhì)。

技術突破的關鍵方向

“全固態(tài)電池具備能量密度更高、安全性更好、循環(huán)壽命更長等諸多優(yōu)勢，是業(yè)內(nèi)公認的理想的下一代鋰電池創(chuàng)新技術。”業(yè)內(nèi)人士分析指出，在眾多的全固態(tài)電池技術路線中，硫化物固態(tài)電解質(zhì)具備較高的離子電導率優(yōu)勢，且質(zhì)地軟容易加工，是當下技術突破的關鍵方向。

據(jù)天風證券測算，與氧化物、聚合物等固態(tài)電解質(zhì)相比，硫化物電解質(zhì)具有較高的鋰離子電導率，室溫離子電導率可以達到10?3~ 10?2S/cm，其離子電導率最接近液態(tài)電解質(zhì)。

作為極具發(fā)展前景的一條技術路線，硫化物全固態(tài)電池獲得國內(nèi)外新能源產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的共同關注。目前包括比亞迪、廣汽、一汽、長安、豐田、本田、寶馬、福特，以及寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、松下、三星SDI等眾多國內(nèi)外車企和電池廠商，都在廣泛布局硫化物全固態(tài)電池。

不少業(yè)內(nèi)大佬也力挺硫化物全固態(tài)電池。比如，中國科學院院士歐陽明高就指出，當前全固態(tài)電池的技術路線，要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)，匹配高鎳三元正極和硅碳負極的技術路線，以比能量400Wh/kg、循環(huán)壽命1000次以上為性能目標，確保2027年實現(xiàn)轎車小批量裝車，2030年實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。

硫化物全固態(tài)電池市場應用前景廣闊。據(jù)業(yè)內(nèi)機構預測，未來硫化物全固態(tài)電池市場規(guī)模將從2027年的2GWh增長到2030年到43GWh。隨著生產(chǎn)成本的降低，預計2030年以后，其市場規(guī)模將持續(xù)爆發(fā)式增長，到2035年將有望增長到494GWh。無論是機器人、可穿戴設備、航天設備、電動汽車等領域，硫化物固態(tài)電池都將大展身手。

猛攻硫化物技術堡壘

從整個生產(chǎn)流程來看，硫化物電解質(zhì)及其關鍵原材料硫化鋰，將成為全固態(tài)電池的價值鏈核心環(huán)節(jié)，目前成本較高，長期降本空間十分巨大。據(jù)業(yè)內(nèi)機構測算，在現(xiàn)階段硫化物固態(tài)電池所有環(huán)節(jié)中，硫化鋰市場空間1800億元，硫化物固態(tài)電解質(zhì)市場空間3900億元，兩項合計占硫化物固態(tài)電池成本近70%。

目前眾多廠商都在硫化物電解質(zhì)領域重點發(fā)力。據(jù)恩捷股份透露，該公司超純硫化鋰目前已完成百噸級中試產(chǎn)線，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的純度和電導率，能夠滿足國內(nèi)外頭部電池企業(yè)的性能指標要求，硫化物電解質(zhì)膜已實現(xiàn)卷對卷、連續(xù)化生產(chǎn)。目前該公司在云南玉溪推進硫化物全固態(tài)電解質(zhì)材料中試生產(chǎn)線項目，設計年產(chǎn)能約1000噸。

“公司已開發(fā)與布局氧化物、硫化物固態(tài)電解質(zhì)等多個技術路線，通過特殊組分設計以調(diào)控鋰離子通道，多元素靶向修飾以穩(wěn)定晶體結(jié)構，設計出獨特的全流程納米一體化工藝，成功開發(fā)出高離子電導率、高穩(wěn)定性的納米級固態(tài)電解質(zhì)。”當升科技表示，目前該公司相關固態(tài)鋰電產(chǎn)品已批量導入輝能、清陶、衛(wèi)藍、贛鋒等固態(tài)電池客戶。

據(jù)天賜材料介紹，該公司通過利用現(xiàn)有的液態(tài)鋰鹽生產(chǎn)平臺，開發(fā)出了硫化鋰路線的固態(tài)電解質(zhì)，并成功完成實驗室公斤級生產(chǎn)，目前處于中試階段，計劃于2025年實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，現(xiàn)階段主要配合下游電池客戶做材料技術驗證。

此外，新宙邦表示，該公司目前有氧化物體系、硫化物體系和聚合物體系的固態(tài)電解質(zhì)成熟產(chǎn)品，并已與下游客戶合作，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應用。泰和科技也表示，該公司的“硫化物固態(tài)電解質(zhì)的制備及其產(chǎn)業(yè)化研究”項目，目前已完成小試，處于中試階段。

值得注意的是，硫化物固態(tài)電池雖然具有良好的離子電導率，但也存在一定問題。“硫化物電解質(zhì)對濕度極度敏感，與金屬鋰負極和三元正極的界面穩(wěn)定性較差。”業(yè)內(nèi)人士指出，硫化物電解質(zhì)材料的電化學穩(wěn)定窗口比較短，這是一個關鍵的致命短板。

從制造層面來看，據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，目前硫化物固態(tài)電池有兩個主要的工藝問題，一方面就是大壓力，要在10Mpa壓力的狀態(tài)下才能很好地發(fā)揮作用；另一方面是防毒，這個責任重大，需要從化學體系和材料、電池、設備企業(yè)一起共同解決問題。