电解质是固态电池发展的技术重点
思瀚产业研究院    2025-02-28

固态电解质作为固态电池区别于传统液态电池的核心部件， 是固态电池发展的技术重点。 全固态锂电池的电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数， 如功率密度、 循环稳定性、 安全性能、 高低温性能以及使用寿命。

固态电解质是增量价值最高的原材料之一。从远期估算价值量来看，固态电池正极价值量占比最高，我们预计单GW 价值量 1.9 亿元，其次为硫化物电解质，我们预计单 GW 价值量为 8250 万元，金属锂负极目前造价较高，后续随锂价下跌、工艺进一步成熟，有希望实现成本进一步降低，我们预计远期单 GW 价值量为 8000 万元。若使用氧化物、聚合物路线，我们预计电解质单 GW 价值量为 3960、3300 万元。从增量材料的角度，固态电解质、锂金属负极是相较于增量材料里面价值量最多的物料。

目前固态电解质发展路线分化，主要分为氧化物、硫化物、卤化物、聚合物等。固态电解质需要满足诸多条件，包括高离子导率、宽电化学窗口、高锂离子选择性（即高锂离子迁移率）、具有优异的机械性能并且对环境友好。

其中，离子导率是固态电解质最受关注的特性。 固态电解质可分为无机陶瓷类电解质、有机聚合物电解质以及最近出现的复合电解质。无机陶瓷类电解质按照元素还可分为氧化物、硫化物、卤化物等。

氧化物：目前性价比高。根据物质结构，氧化物固态电解质可分为晶态电解质（石榴石型、钙钛矿型、NASICON型）、非晶态电解质（反钙钛矿型、薄膜固态电解质 LiPON）。

1）石榴石型：稳定性好，进展快。LLZO 具有立方相和四方相两种结构。其中，四方相 LLZO 离子电导率较低，即使通过热压烧结合成致密度较高的 LLZO，离子电导率仍然只有约 2.3×10－5 S/cm。立方相 LLZO 为高温相，在室温下不能稳定存在，但通过掺杂的方式可以使立方相 LLZO 在室温下保持稳定。

2）NASICON 型固体电解质具有离子电导率高、热稳定性好、机械性能高和对空气稳定的优点，在 NASICON型固体电解质中，Li+xAlxTi2－x(PO4)3 (LATP)、Li+xAlxGe2－x(PO4)3 (LAGP)和 Li3Zr2Si2PO12 (LZSP)等几种固体电解质的性能较为优异。，但不可忽视的是 LATP 对锂金属负极热力学不稳定。LATP 中的 Ti4+可被锂金属还原为 Ti3+，从而在电解质/锂负极界面形成具有电子导电性的界面层。

3）钙钛矿型固体电解质(Li3xLa2/3－xTiO3，LLTO)离子电导率可以达到 10－3S/cm，并且可以掺杂多种离子，是一种具有很大发展潜力的固体电解质，但 LLTO 耐湿能力差，与 LATP 类似，LLTO 含有可变价的 Ti4+，与锂金属接触时仍面临被锂金属还原的问题。

目前瓶颈：界面阻抗高。由于氧化物刚性强，制成的薄膜易碎，很难集成到全固态锂电池内。同时，氧化物固态电解质烧结温度通常在 1200℃以上，易造成锂流失、性能变差，可通过与聚合物复合或引入助剂等方法解决以上问题。

技术成熟度：全固态氧化物 LiPON 已经较为成熟，用于制备薄膜电池，但 LiPON 离子电导率仅为 10－6~10－5S/cm，并且制备工艺较为复杂，难以应用于大容量固态电池中。面向动力领域，清陶能源、天目先导、赣锋锂业、青岛大学郭向欣团队等已可吨级以上制备石榴石型、NASICON 型氧化物固体电解质，清陶能源可量产 LLTO 陶瓷粉体，成熟度在 6~8 之间。

硫化物：性能最佳，难度最大。相比于离子电导率集中在 10－4~10－3S/cm 的氧化物固体电解质，部分硫化物电解质的离子电导率可达 10－2 S/cm 以上，并且，硫化物固体电解质具有更柔软的质地和更高的可塑性，易于实现全固态电池的组装。

目前瓶颈：水氧稳定性差&界面问题。当其暴露于水氧中，会产生有害气体硫化氢，造成电解质结构破坏、电化学性能降低，致使其合成、储存、运输和后处理过程都严重依赖惰性气氛或干燥室，不仅增加环境控制复杂性还增加生产成本。主要通过开发新材料、涂覆或复合材料解决。

技术成熟度：我们预计硫化物基固态电池正经历小试的技术认证，可以将硫化物固态电池的技术成熟度归于 4~5级。

国内在硫化物全固态锂电池产业链上有多家企业进行技术研发，上游材料生产商包括瑞逍科技和中科固能，电池制造商包括宁德时代、蜂巢能源、屹锂新能源、高能时代和恩力动力等，下游整车企业包括中国一汽和长城汽车等。宁德时代首席科学家吴凯在 2024 年 4 月的国际电池技术交流会上表示，公司已建成 10Ah 全固态电池性能验证平台，并在正负极材料、工艺和制造设备等方面取得了技术进展。

如今，宁德时代进一步进入 20Ah 试制阶段。海外代表企业主要为日本丰田及本田、美国 SolidPower，韩国 LG、三星等。其中，丰田汽车预测其全固态电池大规模量产时间将推迟到 2030 年以后。SolidPower 已经生产出了首批固态电池 A 样品， SK On 目标在 2028年实现固态电池的商业化，LG 新能源则预计 2030 年实现全固态电池量产。

聚合物：产业化最早，但性能有瓶颈。聚合物固态电解质柔韧性好、易制备，但存在离子电导率低和耐氧化性差等问题。因此，将聚合物固态电解质与惰性或活性无机填料以及锂盐相结合是提升聚合物基固态电池性能的常用手段。

技术成熟度：由于 PEO 电解质开发历史悠久，在不同领域具有广泛应用，因此，PEO 电解质的技术成熟度可以归为 8~9 级。类似地，用于原位聚合的材料，如碳酸亚乙烯酯(VC)、DOL 以及聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)等作为电解液添加剂、溶剂或固化剂等在不同行业或领域实现产业化，因此将其技术成熟度归为 8~9 级。

产业化进展：聚合物固态电解质最早实现应用，但电导率低、安全性差且室温下无法正常使用等问题限制了其进一步发展。欧洲是最早推动聚合物全固态锂电池产业化的地区，个别中美企业选择该路线。 法国 Bollore 是第一家也是目前唯一一家真正实现聚合物全固态锂电池量产的公司；累计投入 3000 辆搭载 30kWh 全固态锂电池的电动汽车；

子公司 BlueSolutions，2018 年起为戴姆勒大巴提供全固态锂电池；目前已开发出能够在室温下应用的全固态锂电池。 美国初创公司 Factorial Energy，2023 年宣布 200MWh 聚合物固态锂电池中试线正式投产，成为目前美国产能最大的固态锂电池产线；同年公开 100Ah 电芯，并已向斯特兰提斯（Stellantis）汽车公司送样测试。

卤化物：近年兴起的路线，具备发展潜力。虽然卤化物固态电解质的发展时间很长，但是与其同年代发现的其他类型固态电解质材料相比，它较低的离子电导率使得卤化物固态电解质在过去十几年中的发展很缓慢。

直到 2018年，Asano 等人取得了重大发现，即 Li3YCl6和 Li3YBr6 卤化物固态电解质的室温离子电导率分别为 5.1X10-4Scm1 和 1.7X10-3Scm-1。目前的卤化物具有良好的离子电导率和较低的成本，被认为是具备潜力的固态电解质材料之一。首先，卤化物固态电解质表现出宽电化学窗口，氯基固态电解质可以实现超过 4 V（vs. Li/Li+）的氧化电位，而氟基固态电解质氧化电位高达 6 V（vs. Li/Li+）。

技术成熟度：针对卤化物电解质的制备技术，目前尚缺乏全面的系统性研究，导致实验所得材料性能与理论预测之间存在显著差异。

产业化进展：目前卤化物国内尝试与其他材料复配，如亿纬锂能、清陶。2024 年 6 月 18 日，亿纬锂能在首届锂电池大会上披露全固态电池发展规划。在动力电池领域，亿纬锂能选择了硫化物和卤化物复合固态电解质技术路线。

更多行业研究分析请参考思瀚产业研究院官网，同时思瀚产业研究院亦提供行研报告、可研报告（立项审批备案、银行贷款、投资决策、集团上会）、产业规划、园区规划、商业计划书（股权融资、招商合资、内部决策）、专项调研、建筑设计、境外投资报告等相关咨询服务方案。