被寧德時代選擇的“硫化物”固態(tài)電解質，產業(yè)進展如何？

隨著固態(tài)電池熱度與期待的水漲船高，寧德時代也終于在近日公開了其對技術路線的選擇與量產時間的規(guī)劃。

4月底行業(yè)會議上，寧德時代首席科學家吳凱表示，公司正在進行基于硫化物電解質的全固態(tài)電池的研發(fā)，目前已建立起10Ah級別的驗證平臺。關于全固態(tài)量產，寧德時代則謹慎地將首個節(jié)點定在了2027年，并且只是小批量。

在寧德時代之前，硫化物電解質大多為海外固態(tài)電池企業(yè)所選擇。但其實國內選擇硫化物路線的下游還包括了恩力動力、高能時代等電池廠商。另據(jù)高工鋰電了解，廣汽、一汽等主機廠也正積極接觸硫化物全固態(tài)路線。4月方推出的400Wh/kg廣汽昊鉑全固態(tài)電池，據(jù)業(yè)內推測正是采用了硫化物電解質。

從需求端向中上游推導，在硫化物固態(tài)電解質技術、材料、制備工藝等有所布局的企業(yè)，則既包括了孵化自高校的初創(chuàng)團隊，也不乏電解液、隔膜企業(yè)的身影。

固態(tài)電解質的成熟將取代傳統(tǒng)鋰電四大主材之二的電解液與隔膜，這是相關企業(yè)提前進行技術布局、做好轉型準備的背景。同時，對比氧化物電解質來說，硫化物機械柔韌性更好、熱膨脹系數(shù)更低、成膜所需工藝相對成熟，更適合被制備成膜形態(tài)的固態(tài)電解質，隔膜企業(yè)的參與也因此有工藝上的優(yōu)勢。

總的來說，硫化物固態(tài)電解質在技術路線和產業(yè)化進度方面都還面臨著諸多不確定性，而入局者的解決思路，則很大程度上受到團隊背景和規(guī)模的影響。

硫化物作為固態(tài)電解質的優(yōu)勢和劣勢都很明確。

與聚合物、氧化物和鹵化物進行對比，硫化物最突出的優(yōu)勢對高離子電導率的滿足。相關實驗數(shù)據(jù)顯示，硫化物是四種固態(tài)電解質路線中，離子電導率最接近且有望超越液態(tài)電解質的。

不過，硫化物電解質也面臨著在空氣中不穩(wěn)定、合成成本高的問題。由于硫化物遇空氣會迅速水解生成毒性氣體，因此電解質合成需在惰性氣氛環(huán)境下進行，造成研發(fā)、制造、運輸及儲存成本高昂。

此外，硫化物電解質的電化學窗口相對更窄，與高比能正負極材料的適配面臨挑戰(zhàn)，與業(yè)內對固態(tài)電池打破液態(tài)電池能量密度天花板的期待有所背離。

而國內企業(yè)對硫化物電解質的研發(fā)，正朝著放大高電導率優(yōu)勢和解決空氣穩(wěn)定性差等痛點兩大方向分化。

在放大優(yōu)勢方面，孵化自上海交大的上海屹鋰團隊，其自研硫化物全固態(tài)電解質的離子電導率已在2023年10月突破16mS/cm，以國內TOP2動力電池廠商為主要客戶已可實現(xiàn)噸級出貨。

寧德時代則是“優(yōu)先解決劣勢一派”的代表。據(jù)吳凱介紹，針對硫化物空氣穩(wěn)定性低的問題，寧德時代采取的策略是對電解質進行疏水層包覆設計，包覆后電解質可在-40℃露點環(huán)境保持穩(wěn)定。針對材料成本高的問題，寧德時代則決定開發(fā)新型合成路線，通過低含鋰量材料來實現(xiàn)降本。

有研廣東院團隊同樣主要空氣穩(wěn)定性低的問題進行硫化物電解質開發(fā)，目前已具備在-45℃干燥間環(huán)境中制備30μm硫化物電解質膜的能力。

但值得注意的是，硫化物體系中，一個基礎科學問題的解決，可能會造成另一個問題的出現(xiàn)，或無法同時兼具其他性能優(yōu)勢。這也是國內相關企業(yè)技術布局、進展差異大的原因。

據(jù)高工鋰電觀察，其中初創(chuàng)公司多根據(jù)核心研發(fā)團隊的技術優(yōu)勢，先行選擇一個問題進行解決，但不一定具備確定或成熟的技術路徑與迭代規(guī)劃。基于此，為下游進行”“技術孵化與儲備”，也成為了部分初創(chuàng)公司為自己尋得的核心定位。

另據(jù)相關業(yè)內人士向高工鋰電指出，如此現(xiàn)狀的存在，也與行業(yè)內“黑箱”問題的普遍有關，單純的電解質研發(fā)團隊與正負極等材料企業(yè)的聯(lián)動并不流暢，信息不透明也就不利于固固界面接觸等問題的解決。

某種程度上，這對于固態(tài)電解質企業(yè)在技術上的進展節(jié)奏是一種擾亂，而產業(yè)觸角更為全面的團隊也正逐步建立起壁壘、拉開優(yōu)勢。

此背景下，可以觀察到部分企業(yè)在固態(tài)電解質研發(fā)時，將粒徑、離子電導率等的定制化選項納入考慮，這是當下全固態(tài)電池路線尚未確定時期的特殊產物。

以四川新能源汽車創(chuàng)新中心（歐陽明高院士工作站）為例，該團隊已初步形成硫化物固態(tài)電解質的產品矩陣，包括基礎型、摻雜型、包覆型、小粒徑型四大類別，分別擁有相純度與離子導率高、本征穩(wěn)定性高、界面穩(wěn)定性高、與電極活性材料匹配度高的差異化特質。

也有業(yè)內人士表示，從當下展望未來，全固態(tài)電芯內部也有多種固態(tài)電解質共存的可能性，單一固態(tài)電解質產品未必需要是“十項全能”選手。

最后，對于固態(tài)電解質來說，其產品特性的發(fā)揮程度與生產和驗證的規(guī)模都息息相關。

如有硫化物電解質產品號稱已可實現(xiàn)＞8mS/cm的離子電導率，在業(yè)內處于中上游水平，但其團隊提示并不可忽略“噸級線”的前提，也還需關注接下來可在多少Ah的電芯上完成試驗。

隨著全固態(tài)量產的推進，相關技術與團隊還將面臨更多的不確定性。