固态电池核心路线：硫化物固态电池全解析
固态电池核心路线：硫化物固态电池全解析
在 “双碳” 目标的引领下，全球新能源产业蓬勃发展，新能源汽车作为其中的重要一环，市场规模持续扩大。据中国汽车工业协会数据显示，2024 年我国新能源汽车产销分别完成 961.8 万辆和 949.5 万辆，同比分别增长 37.9% 和 37.2% 。然而，传统液态锂离子电池在能量密度、安全性等方面逐渐难以满足市场需求，如续航焦虑、热失控风险等问题依旧困扰着消费者。
固态电池作为下一代电池技术的重要发展方向，近年来受到了广泛关注。与传统液态电池不同，固态电池采用固态电解质，彻底解决了液态电解质的泄漏、易燃等安全隐患，并且有望大幅提升能量密度，从而显著延长新能源汽车的续航里程。
在众多固态电池技术路线中，硫化物固态电池凭借其独特优势脱颖而出。硫化物固态电解质具有极高的离子电导率，甚至可以超过液态电解质，这使得硫化物电池在快速充放电和高倍率性能方面表现优异。例如，2011 年研发出的 Li10GeP2S12（LGPS）硫化物固态电解质，其离子电导率高达 1.2×10^-2S/cm，为固态电池的发展带来了革命性突破。此外，硫化物固态电解质质地较为柔软，与电极材料的界面接触性更好，有利于提高电池的整体性能。
硫化物固态电池，到底强在哪？
高能量密度，续航焦虑不再
硫化物固态电池在能量密度方面具有显著优势，这主要得益于其固态电解质材料不仅能够提供更高的离子电导率，还能支持更高的电压平台，从而提高电池的能量密度。高能量密度意味着在相同体积或重量下，硫化物固态电池能够储存更多的电能，这对于电动车、储能系统等应用来说至关重要。
传统液态锂离子电池的能量密度一般在 100 - 260Wh/kg 之间，而硫化物固态电池的能量密度可达到 300 - 400Wh/kg 以上。例如，某款采用硫化物固态电池的电动汽车，在电池体积和重量不变的情况下，续航里程相比传统液态电池提升了 50%，轻松突破 1000 公里。这一提升对于解决电动汽车的续航焦虑问题具有重要意义，让消费者在长途出行时更加安心。
充电 “快进”，效率飞升
硫化物固态电解质具有较高的离子电导率，甚至在某些情况下可以超过液态电解液。高离子电导率使得电池在充放电过程中具有更高的效率，这也是硫化物固态电池能够实现快速充电的关键。
以比亚迪规划为例，2027 年其全固态电池将启动批量示范装车，2030 年实现大规模上车，其选择的硫化物固态电池路线，通过解决硫化物电解质界面稳定性难题，为充电速度大幅提升奠定了基础。当你驾驶着搭载硫化物固态电池的电动汽车，在长途旅行中，只需在服务区短暂停留 10 - 15 分钟，就能将电量从 20% 充至 80% ，大大节省了充电时间，提升了出行效率。这种快速充电的能力，让电动汽车的使用体验更加接近燃油汽车，也将进一步推动电动汽车的普及。
安全 “升级”，杜绝隐患
安全性是电池技术的重要考量因素，硫化物固态电池在这方面有着明显的优势。传统液态锂电池使用的液态电解质易燃易爆，一旦电池发生短路、过热等情况，极易引发火灾甚至爆炸。例如，2023 年 6 月 5 日，一辆浙 A 牌照的大众 ID.4 新能源汽车在驶出杭州收费站时碰撞设施后起火，造成车上 4 人死亡，事故原因可能是剐蹭底盘导致电池包受损。从撞击到全车自燃时间极短，根本没有给车内人员太多逃生时间。而硫化物固态电池采用的固态电解质不可燃、不挥发，极大地降低了电池泄漏和热失控的风险，从根本上提升了电池的安全性。即使在受到撞击、穿刺等极端情况下，硫化物固态电池也能保持稳定，不会发生起火、爆炸等危险，为用户提供了更可靠的安全保障。
适应 “全能”，无惧环境
硫化物固态电池具有较宽的耐温范围，能够在较宽的温度区间内保持稳定的性能。无论是在高温炎热的沙漠地区，还是在低温寒冷的极地环境，它都能正常工作。在高温环境下，传统液态电池的电解液容易挥发、分解，导致电池性能下降甚至出现安全问题。而硫化物固态电池的固态电解质稳定性高，不受高温影响，能够持续稳定地为设备供电。在低温环境中，传统电池的离子扩散速度变慢，内阻增大，导致电池容量大幅下降，充电速度也会变得极慢。但硫化物固态电池凭借其良好的离子导电性，在低温下仍能保持较好的性能，容量衰减较少，充电速度也不会受到太大影响。这使得硫化物固态电池在极端环境下的应用成为可能，如航空航天、极地科考等领域。
发展正当时，巨头纷纷下场
硫化物固态电池的巨大潜力吸引了全球众多企业纷纷布局，一场激烈的技术竞赛正在悄然展开。
宁德时代作为全球动力电池龙头企业，在硫化物固态电池研发方面进展迅速。其已将研发团队扩充至超 1000 人，主攻硫化物路线，目前已进入 20Ah 样品试制阶段，并建立了 10Ah 级全固态电池验证平台，计划在 2027 年小批量生产全固态电池 。比亚迪也不甘落后，2024 年已下线（中试）60Ah 全固态电池，采用高镍三元（单晶）+ 硅基负极（低膨胀）+ 硫化物电解质（复合卤化物）的组合方案，能量密度达到 400Wh/kg，计划 2027 年左右启动批量示范装车应用，2030 年后大规模上车。
在国际市场上，丰田是硫化物固态电池研发的先驱者之一，早在 2008 年就开始布局，截至目前已拥有 1300 多项固态电池专利。丰田宣布已掌握全固态电池全流程制造工艺，生产计划获得日本政府批准，将于 2026 年开始正式生产，有望成为首批推出固态电池驱动乘用车的汽车制造商之一，其目标是推出续航能力可达 1200 公里的硫化物固态电池汽车。本田也在积极推进固态电池技术研发，2024 年 11 月首次公开自研全固态电池面向量产化的示范生产线，计划在 2030 年之前将全固态电池的成本降低 25%，并在 2040 年进一步降低 40% 。
此外，国轩高科成功研发出车规级硫化物全固态电池 “金石电池”，30Ah 的电池已成功通过严苛的 200 摄氏度热箱测试，预计 2027 年实现小批量生产及装车测试；欣旺达具备氧化物、硫化物和聚合物的技术储备，预计 2027 年完成能量密度大于 700Wh/kg 全固态电池实验室样品制作 。众多企业的积极投入，预示着硫化物固态电池产业化进程正在加速推进。
商业化之路，挑战重重
尽管硫化物固态电池前景广阔，但在商业化进程中仍面临诸多挑战，需要科研人员和企业共同努力克服。
成本 “拦路虎”，居高不下
硫化物固态电池成本居高不下，主要原因在于原材料和生产工艺。其电解质材料多含锂、锗、磷、硫等元素，部分稀有金属价格高昂，如锗，全球储量有限，且分布不均，导致其在市场上价格波动大，增加了电池成本。此外，生产工艺复杂，硫化物对生产环境要求苛刻，需在无水无氧的惰性气体环境中制备，这大幅增加了设备和生产成本。生产过程中，电极材料需特殊处理，如纳米化、表面包覆等，以提高电池性能，这也使得电极材料成本上升。高昂的成本让硫化物固态电池在市场竞争中缺乏价格优势，若不能有效降低成本，将难以大规模应用。 以目前市场情况来看，硫化物固态电池成本约为传统液态锂离子电池的 3 - 5 倍，这使得搭载该电池的电动汽车价格大幅提高，普通消费者难以承受。
界面 “小麻烦”，亟待攻克
电解质与电极界面存在的问题也是阻碍硫化物固态电池发展的关键因素之一。在充放电过程中，硫化物电解质与正负极材料之间的界面容易发生副反应，导致界面阻抗增大，电池内阻升高，进而影响电池的充放电效率和循环寿命。当电池充放电时，界面处的锂离子传输会受到阻碍，使得电池的倍率性能下降，无法满足快速充放电的需求。长期循环过程中，界面的不稳定还会导致电池容量逐渐衰减，缩短电池的使用寿命。解决界面问题迫在眉睫，科研人员正在通过界面修饰、缓冲层设计等方法，改善界面兼容性，降低界面阻抗，提高电池性能。
稳定性 “隐忧”，不容忽视
硫化物材料在空气中的稳定性较差，这是其商业化应用的又一重大挑战。硫化物易与空气中的水分发生反应，产生有毒的硫化氢气体，不仅危害人体健康，还会导致电池性能下降。在电池的生产、运输和储存过程中，都需要严格控制环境湿度和氧气含量，这增加了生产和管理成本。硫化物材料在高温环境下也可能发生分解反应，影响电池的安全性和稳定性。因此，提高硫化物材料的稳定性，开发新型稳定的硫化物电解质，是解决这一问题的关键。科研人员正在尝试通过元素掺杂、表面包覆等方法，提高硫化物材料的稳定性，为硫化物固态电池的商业化应用奠定基础。
未来已来，何时能 “飞入寻常百姓家”？
尽管硫化物固态电池目前面临诸多挑战，但其广阔的发展前景依旧吸引着全球的目光。随着技术的不断进步和产业的持续发展，这些挑战有望逐步得到解决，硫化物固态电池将在未来的能源领域发挥重要作用。
从技术突破来看，各国科研机构和企业都在加大研发投入，致力于解决硫化物固态电池的关键技术难题。新的材料体系和制备工艺不断涌现，如通过优化硫化物电解质的成分和结构，提高其稳定性和离子电导率；开发新型的界面修饰技术，改善电解质与电极之间的界面兼容性。这些技术创新将为硫化物固态电池的商业化应用奠定坚实的基础。
在政策支持方面，各国政府也纷纷出台相关政策，鼓励硫化物固态电池的研发和产业化。中国政府将固态电池作为重点发展方向，加大了对相关科研项目的资金支持力度，推动产学研合作，加速技术成果转化。日本政府计划在 2030 年前实现硫化物固态电池的商业化应用，并提供了大量的资金支持。政策的引导和扶持将为硫化物固态电池产业的发展创造良好的政策环境。
市场需求的增长也将推动硫化物固态电池的发展。随着新能源汽车市场的快速扩张以及储能产业的兴起，对高性能电池的需求日益旺盛。硫化物固态电池凭借其高能量密度、高安全性等优势，有望成为满足这些需求的理想选择。预计在未来几年，硫化物固态电池将首先应用于高端电动汽车和对安全性要求较高的储能领域，随着成本的降低，逐步向中低端市场渗透。
业内专家普遍认为，在技术突破和市场需求的双重驱动下，硫化物固态电池有望在 2027 - 2030 年实现小批量生产和装车应用，到 2035 年左右，随着成本的有效控制和性能的进一步优化，有望实现大规模商业化应用，真正 “飞入寻常百姓家”，成为新能源汽车和储能领域的主流电池技术。届时，我们的出行将更加便捷、高效，能源存储和利用也将更加安全、环保。
写在最后
硫化物固态电池作为固态电池领域的明星技术，以其高能量密度、快充性能、高安全性和宽温域适应性等显著优势，为解决新能源行业的痛点提供了有力的解决方案。尽管目前面临成本、界面和稳定性等挑战，但随着技术的不断突破和产业的逐步成熟，硫化物固态电池有望在未来能源领域大放异彩，成为推动新能源汽车和储能产业发展的关键力量。