• 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：

      除此之外，硫化物固态电解质还有三大问题。

• 硫化物无法防止枝晶的形成，需要外部系统来维持高温和高压，这增加了电池组的重量、体积，更重要的是成本。

• 硫化物在高性能电池中会发生化学分解。

• 硫化物接触水分时会产生有害气体。

   （1）硫化物的枝晶问题

      硫化物不能作为固态隔膜的第一个也是最重要的原因是没有证据表明它们能防止枝晶的形成。枝晶是锂金属电池中从阳极生长出来的纯锂的根状结构。它们在生长过程中会从内部撕裂电池。一旦它们生长到达阴极，会导致电池短路并失效。枝晶甚至会在传统的锂离子电池中形成，可能引发火灾甚至爆炸。

      为了绕过这个问题，使用硫化物隔膜的电池可以做出几种妥协：

•  使用石墨或硅阳极：

      使用石墨或硅负极代替锂金属可以防止枝晶，但与传统的锂离子技术相比，它也减少了行驶里程、成本和充电时间的优势，因为锂金属负极是创造改进的原因。其他几家固态公司正在采用这种方法。例如，Solid Power在发布数据显示其电池在没有高温帮助的情况下无法使用纯锂金属负极保持可接受的功率速率几个月后，宣布了一条新的硅负极试验线。三星还公布了使用碳基阳极和银的结果，这成本太高，不切实际。

•  施加巨大压力：

      在高压条件下，基于硫化物的隔膜电池似乎可以提供可接受的结果。例如，三星在20-40个大气压下测试了其基于硫化物的隔膜电池，Solid Power公司报告在70-90个大气压下进行测试，而哈佛大学的一个实验室最近在超过750个大气压下（相当于海平面下近五英里的压力——足以压碎核潜艇）对硫化物隔膜进行了测试。这样的压力可能在实验室中是可行的，但在电动汽车电池组中超过10个大气压可能是不切实际的。

• ‍‍ 高温下运行：

      锂在高温下更柔软，因此更不容易形成枝晶。然而，高温需要复杂且昂贵的热管理系统，并且保持电池高温会消耗能量，缩短电池寿命。

• 低功率运行：

      在低功率下运行时，枝晶形成的可能性较小。然而，限制电池的功率意味着无法快速充电，这对于电动汽车在与内燃机车辆竞争中是一个关键要求。缺乏快速充电能力是大多数固态电池的致命弱点。

     （2）硫化物的不稳定性

       使用硫化物隔膜的另一个问题是这些化学物质本身的不稳定性。即使硫化物能够防止锂枝晶的形成，它们仍会与锂金属发生反应，在阳极上积累化学废料，这会限制功率输出并缩短电池的寿命。考虑到寿命和功率对驾驶者的重要性，硫化物的不稳定性可能会限制其在乘用电动汽车中的吸引力。

       硫化物不仅与纯锂反应，它们还与通常在阴极中发现的化学物质发生反应，例如在高性能电动汽车中使用的富镍电池材料。尽管可以通过添加其他化学物质来减轻这个问题，但如果电池使用过度，仍然有可能在阳极和阴极两侧开始降解。

       因此，带有硫化物隔膜的电池非常敏感，必须在相当大的性能限制下运行。这使得它们对希望更快充电和更快加速而不必担心损坏电池的电动汽车驾驶者缺乏吸引力。

     （3）硫化物的安全性

       这在某种程度上是最严重的问题。如前所述，硫化物是非常活跃的。硫化物与水发生反应时，会产生一种称为硫化氢的气体。硫化氢气体极具毒性、易燃，且可能是爆炸性的——在第一次世界大战中曾被用作化学武器，并且多年来在工业事故中已导致数十名工人死亡。

       在制造过程中，保持水分远离硫化物材料是一个复杂且昂贵的挑战——即使空气中的少量湿气也会导致致命浓度的硫化氢积聚。而制造缺陷或车祸可能导致电池单元在使用过程中暴露于水中，可能引发火灾或对车内乘客造成毒害。

       固态电池的一个关键优势是提高安全性的承诺，但使用基于硫化物的固态隔膜却带来了新的一组非常严重的风险。当然，所有的考量是基于与现有传统液态锂离子电池进行对标分析，固态的导入如果没有一些列的技术优势，那么现有的市场不会持续大量资金投入进行研究开发。

       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。

      从需求端向中上游推导，在硫化物固态电解质技术、材料、制备工艺等有所布局的企业，既包括 了孵化自科研院校的初创团队，也有较多锂电产业链主流企业，除电池厂之外，也不乏正极、电 解液、隔膜等材料企业的身影。

电池企业

       宁德时代

       2027 年可实现全固态电池小批量生产。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。未来 3 年，全固态电池技术和制造或将进入成熟期。

       宁德时代认为硫化物有望率先突破量产，四大挑战需逐个攻破。吴凯博士表示，全固态电池要想 最大限度提高能量密度，必须基于金属锂负极搭配固态电解质，在评估三种电解质的性能优劣及 其与锂金属的兼容性后，选择了硫化物路线，但需要解决四大核心难题：包括固固界面，空气稳 定性&成本，制造工艺，以及锂金属本身的问题。在正极材料方面，宁德时代研发了单晶正极多层级全包覆技术，增强界面结构的稳定性，并结合 多功能复合粘接剂构建高效的极片导电网络。针对硫化物电解质的环境稳定性问题，宁德时代采 用了可逆双亲性分子疏水层包覆设计和新型合成路线，这些措施显著提高了电解质的空气稳定性 并降低了成本。面对锂金属负极存在的问题，公司通过相变自填充技术和亲锂性界面层设计，抑 制了锂枝晶的生长，提升了电池的安全性和性能。宁德时代在固态电池的制造工艺上也取得了重 要突破，打通了干/湿法极片制备和电芯一体化成型工艺，并建立了 10Ah 级全固态电池验证平台。

       比亚迪

       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(002594，未评级)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。

       恩力动力

       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。

       高能时代

       深耕研发创新，坐拥国内最大的硫化物全固态电池实验室。高能时代成立于 2021 年，专注于硫 化物全固态锂电池的研发和制造。公司总部位于中国珠海，先后设立日本横滨、中国珠海、深圳 三大研发基地，总面积超过 4000 平方米，汇聚了来自中日两国的顶尖专家团队，先后与东京大 学、东京工业大学、吉林大学达成战略合作，共同推动相关科研成果的试验、示范、应用，加速 全固态电池研发关键技术创新。全固态锂电池研发进展顺利，预计年内实现小电芯量产。电芯研发方面，基于材料创新改性的技 术优势，高能时代完成了 20mAh~20Ah 多种规格全固态电芯开发，Ah 级硫化物全固态电芯（满 足 3C 产品电容量规格）取得突破进展，1.46Ah 全固态电芯 300 圈循环保持率 84％，5Ah 全固态 电芯循环近 200 圈，性能仍维持 90%以上。同时高能时代正在搭建中试线，预计 2024 年底可以 实现 5Ah 以内小电芯量产。电解质材料方面，通过材料改性突破，在成本可控的前提下，高能时代已具备吨级硫化锂原材料 量产能力，且物相 XRD检测结果显示材料纯度高；硫化物电解质（LiPSCl）离子电导率性能检测 结果足以对标世界顶尖水平。产业化方面，高能时代自研攻关核心界面改善等工艺技术，包含创新型正极包裹技术（解决固固 界面反应问题）、特殊粘接剂和电池弹性化设计、干法电极技术应用、超薄电解质成型技术等。基于成熟材料制备及电芯工艺，高能时代目前已完成硫化物全固态电池自动化产线设计，专用设 备也正在导入中。

       马车动力

       马车动力硫化物全固态电池研产坚持稳健的技术路线。2022 年，马车动力先后发布 Ah 级与 20 Ah 级硫化物全固态电芯样品，为第一代全固态电池，采用高镍三元+碳系负极，在达到常规锂离 子电池能量密度前提下，以高安全性和优异的高温性能为特色，满足特定市场需求；2023 年推出 25Ah 硫化物全固态电芯样品、硅基高能量密度全固态电池样品，标志着第二代全固态电芯体系开 发和软包电芯试制的完成，第二代产品采用硅基、锂金属等高能量密度负极，在保持高安全性优 势的基础上，实现更高的能量密度，将产品市场开拓至特种设备、新能源汽车等领域。

       核心电解质材料自研自产，具备吨级量产能力。马车动力自主开发了一套高效稳定的电解质生产 工艺技术路线，目前已实现批次稳定生产大粒径，中粒径，小粒径，超小粒径四类产品，稳定产 能超过 10kg/日，初步具备吨级量产能力，不仅可以满足公司自身研发需求，并且可对外供货满 足不同客户的使用需求。其中纳米级超小粒径产品，离子电导率大于 4mS/cm。2023 年底，马车 动力再扩全固态电池电解质产能，启动了硫化物固态电解质中试线建设，预计 2024 年实现超 10 吨级年生产能力，标志着公司在全国范围内率先开启全固态电池硫化物电解质材料的规模化生产。

材料企业

       容百科技

       超高镍三元批量供货半固态电池客户。2022 年 4 月，公司与卫蓝新能源签署战略合作协议，明确 在全/半固态电池和材料领域的深度合作。2023 年，容百科技成功开发了多款适用于硫化物全固 态电池的高镍/超高镍三元正极材料，其中半固态电池正极材料配套的电池产品已应用于终端客户 1000 公里超长续航车型，全固态电池的三元正极材料具备容量高、界面稳定、循环寿命长等特点， 获得行业头部客户充分认可。目前公司半固态电池正极材料已实现批量稳定出货，一季度 9 系固 态电池正极材料出货近百吨，与宁德时代、卫蓝新能源等国内外 40 余家电池及整车企业建立了合 作关系。同时，公司通过正极材料表面快离子导体构筑技术，显著改善了正极材料与电解质材料 的界面兼容性，突破了全固态电池中界面阻抗高、界面副反应强、只能使用单晶正极材料等一系列问题。

       此外，容百科技研发的高电压镍锰二元材料、富锂锰基正极材料性能亦行业领先，未来 有望为固态电池提供更高效、更安全的能源解决方案。推进硫化物电解质量产，具高纯硫化锂制备技术。公司拥有湿法、干电极制备固态电解质膜技术 储备，已成功开发多种固态电解质材料，硫化物系固态电解质计划今年实现中试，明年进行试生 产，固态电解质与固态电解质膜已与海外重点客户建立合作开发关系，并获得客户好评。同时， 国家知识产权局公告显示，公司一项申请中专利涉及硫化锂制备方法，通过添加有机硫源，促进 碳源与硫酸锂的反应，减少杂质 Li2O 的产生，提高 Li2S 的纯度。

       恩捷股份

       以湖南恩捷为主体布局硫化物固态电解质及相关核心材料。从硫化物电解质性能特点而言，对比 氧化物电解质柔韧性更好，热膨胀系数更低，更适合被制备成膜形态，因此隔膜企业在硫化物电 解质领域具备一定工艺优势。公司作为隔膜行业龙头，于2021年底成立湖南恩捷前沿新材料科技 有限公司，与中南大学等国内外领先的高校及科研机构展开深入合作，突破了包括全固态电池核 心原材料高性能硫化物固态电极质及其关键原材料硫化锂的低成本规模化验证与制造技术。目前 湖南恩捷已经具备全固态电解质吨级量产能力，且已与国内外重要下游厂商建立广泛交流，目前 处于样品验证阶段，预计今年 9 月份完成百吨级硫化物电解质材料产线的调试和正常出料。

       硫化锂、电解质、电解质膜三大产品已初步形成销售。湖南恩捷硫化锂小试产品纯度可达 99.7%， 粒度可细化至 1-3 微米，拥有百吨级硫化锂中试生产线并已实现调试出料。在硫化锂自产的情况 下，硫化物电解质成本具备优势，电导率最高可达到 10 mS/cm，基本满足头部电池企业的需求， 正从克级放大到公斤级生产中，预计 7 月左右实现超小粒径产品公斤级出料。电解质膜方面，公 司积极推进卷对卷湿法电解质膜小试产线建设，生产 60×45mm~100×80mm 的电解质膜片材， 压实厚度 50μm，电导率 1mS/cm 以上。

       天齐锂业

       依托锂资源和锂加工产能优势，推进硫化锂产业化。公司掌握全球范围内优质锂矿资源，同时也 是全球领先的锂化工产品生产商，与多家锂电材料、锂电池制造企业建立长期战略合作关系，在 锂电产业链中占据重要的一席之地。在硫化物电解质关键原材料方面，公司目前在四川射洪基地 具备年产4500吨氯化锂产能，并已完成硫化锂产品公斤级示范线搭建和调试，实现电池级硫化锂 产品的稳定制备并完成多批次的客户打样工作，目标客户对该产品给予了较高的评价。目前硫化 锂产品已实现小批量对外销售，并且在技术路线和成本上具备较强竞争力。

       上海屹锂

       上海屹锂科技孵化自上海交大，专注研究硫化物全固态电池核心技术。上海屹锂科技成立于 2021 年，综合关键原材料供应商及设备制造商能力，自主设计研发了产线设备，并对硫化物固体电解 质材料的成分与合成工艺进行调控。目前电解质产品已实现 50 kg/周的产能，室温离子电导率 16 mS/cm，为制备高性能硫化物全固态锂电池奠定了重要基础。硫化物固态电解质产能达 2.5 吨。2022 年，屹锂科技在上海临港新片区建成硫化物全固态电池的 研发及中试基地，启动了中试基地一期 100MWh/年产能建设，同年 2Ah 硫化物固态电池产品研 发成功；2023 年，完成 5Ah 硫化物全固态电芯制备开发，自研全固态电解质离子电导率突破 17mS/cm，电解质产品产能达 50kg/周，以国内 TOP2 动力电池厂商为主要客户已可实现吨级出 货。

       有研新材

       国内靶材龙头，具备硫化锂制备能力。有研新材主要从事稀土材料、微光电子用薄膜材料、生物 医用材料、稀有金属及贵金属、红外光学及光电材料等新材料的研发与生产。公司对于核心技术 持续高投入，在主业各细分领域保持领先地位，同时积极开展“0-1”技术新突破，在动力电池用 固态电解质材料方面取得技术突破，公司固态电解质用高纯硫化锂项目处于持续研发阶段，已具 备在-45℃干燥间环境中制备 30μm 硫化物电解质膜的能力，可实现产品小批量稳定制备。