2025年固态电池行业专题报告：硫化物，全固态主力路线，产业化进程提速

一、全固态电池向硫化物体系聚焦，2030 年有望初步放量

具备高安全+高能量密度，固态电池为大势所趋。传统的锂离子电池由于使用可燃性的有 机液态电解质而存在易挥发、易泄漏和易燃等问题，导致电池存在较大的安全隐患。交通 电气化和规模化储能的快速发展对锂离子电池的安全性和能量密度提出了更高的要求，而 电池能量密度的提高导致液态锂电池安全性问题更加突出，因而提高锂电池的本征安全性 迫在眉睫。将易燃的有机电解液替换为不易燃的无机固态电解质不仅能有效改善锂电池的 安全性和可靠性，还有助于提升电池的内部空间利用率以达到提高电池能量密度的目的， 固态电池已成为锂电池的长期发展趋势。 固态电池分为半固态、全固态电池。按照固态电解质用量可将固态电池分为半固态电池、 全固态电池，根据储能网，通常将电池内液体含量 10%作为区分半固态电池和液态电池的 分界线，而全固态电池将完全使用固态电解质，液体含量将降为 0%。相比液态电池，全固 态电池取消原有液态电解质，固态电解质以薄膜的形式分割正负极，从而替代隔膜的作用， 负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极、锂金属负极，正极从高镍升级到了超高镍、镍 锰酸锂、富锂锰基等正极，能量密度可达 500Wh/kg。

固态电解质分硫化物、氧化物、聚合物等，硫化物的最大优势在于高电导率。硫化物固态 电解质硫化物固态电解质在室温下展现出最高的电导率，电化学稳定窗口宽广，同时兼具 优异的机械性能和延展性，界面相容性问题较少，因此被视为理论上最理想的固态电解质 材料，然而硫化物热稳定性差、热反应起始温度高以及与正极材料兼容度低等问题，仍制 约着其大规模应用；聚合物电解质在加工性和界面兼容性上占优，但电导率和稳定性有待 提高；氧化物电解质在热稳定性和电化学窗口上表现突出，但界面接触和成本问题仍需解 决。

硫化物全固态电池的成本较高。根据亿欧智库，从成本角度看，硫化物路线由于采用了价 格较高的原材料，材料成本相较对其他路线更高，其电导率和能量密度也相对更高；聚合 物复合电解质路线的制备过程涉及复杂的合成步骤和精细的加工技术，其制造成本相比其 他路线更高；氧化物路线材料成本和制造成本居中，整体平衡性较好。

当前各国全固态电池向硫化物路线聚焦。 1）日韩：日韩主攻硫化物技术路线，尤其日本企业在固态电池的研发起步较早，在固态 电池领域处于技术领先地位，截至 2024 年日本在全固态电池领域的国际专利申请数量占 比达到 68%。其中丰田起步最早，拥有全球最多的固态电池专利。 2）欧美:欧美车企与初创公司合作开发固态电池，多种路线均有布局。

3）中国：根据 2025 年 2 月 15 日第二届中国全固态电池创新发展高峰论坛上欧阳明高院 士的演讲，当前全固态电池的技术路线，要聚焦以硫化物电解质为主体电解质，匹配高镍 三元正极和硅碳负极的技术路线，以比能量 400Wh/公斤、循环寿命 1000 次以上为性能目 标，确保 2027 年实现轿车小批量装车，2030 年实现规模量产，具体的 roadmap 为： 石墨/低硅负极硫化物全固态电池(2025-2027):以 200~300Wh/kg 为目标,攻克硫化物 固态电解质,打通全固态电池的技术链,三元正极和石墨/低硅负极基本不变,向长寿 命大倍率方向发展。 高硅负极硫化物全固态电池(2027-2030):以 400Wh/kg 和 800Wh/L 为目标,重点攻关 高容量硅碳负极,三元正极和硫化物固态电解质仍为主流材料体系,面向下一代乘用 车电池。 锂负极硫化物全固态电池(2030+):以500Wh/kg和1000Wh/L为目标,重点攻关锂负极, 逐步向复合电解质(主体电解质+补充电解质)、高电压高比容量正极发展(高镍、富锂、 硫等)。

全固态电池有望 2030 年开始放量，硫化物路线预计构成主流，测算 2030 年硫化物固态电 池出货有望达 117GWh，若价格假设在 1-1.5 元/Wh，对应市场空间在 1170-1755 亿元。核 心假设： 1）固态电池出货量：根据 EV Tank，2024 年全球固态电池出货量达到 5.3GWh，同比大幅 增长 4.3 倍，全部为半固态电池，预计全固态电池将在 2027 年实现小规模量产，到 2030 年将实现较大规模的出货，根据 EV Tank，2030 年全球固态电池出货量预计达 614.1GWh， 我们假设全固态的比例将接近 30%，约 180GWh； 2）硫化物比例：EVTank 在白皮书中指出，2024 年中国聚合物和氧化物电解质出货量占比 超过 98%，预计随着全固态电池的逐步产业化，硫化物电解质的出货量占比会逐步提升。 我们预计到 2030 年，在全固态电池电解质中，硫化物电解质的市场份额达到 65%。 根据锂电动态，1GWh 的 LPSC（锂磷硫氯硫化物）全固态电池约合消耗 400-450 吨 LPSC 固 态电解质，每吨 LPSC 固态电解质平均消耗 400~450 公斤的硫化锂粉体，按 117GWh 出货， 对应电解质需求约 5 万吨，对应硫化锂需求 2 万多吨。

二、硫化物电解质：电化学设计、制备工艺共筑壁垒

2.1 电化学：提升电导率、空气稳定性、电化学窗口、界面性为突破重点

硫化物电解质分多种形态。是通过硫取代氧化物电解质中的氧衍生而来，与 O2-相比，S2- 的电负性小，对 Li+的束缚较弱，有利于降低 Li+扩散势垒。同时 S2-的离子半径较大，能 在结构中形成较大的 Li+传输通道，从而有利于 Li+的传导。因此，硫化物电解质具有更高的离子电导率，部分材料的离子电导率达到甚至超过液态电解质。根据硫化物电解质的 结晶状态可细分为玻璃型、玻璃-陶瓷型、硫代锂超离子导体型（Thio-LISICON）、硫银锗 矿型（Argyrodite）等、锂锗磷硫型（LGPS）等，后三者也称为晶态电解质。 与玻璃态和玻璃-陶瓷电解质相比，晶态电解质的种类最多，研究最为广泛，其展现出的 离子电导率也最高(10^−2S/cm)。2011 年 Kanno 报道的 Li10GeP2S12(LGPS)固态电解质， 室温离子电导率达到 1.2×10^−2S/cm，与液态电解液相当，但是由于金属 Ge 的使用， LGPS 的成本居高不下，严重阻碍其实际应用。相比之下，锂硫银锗矿结构的硫化物电解 质因其相对较低的成本、高室温电导率(10^−2 S/cm)、合成简单、重复性高、电化学稳 定性相对其他硫化物较好等优点而成为研究主流。

尽管硫化物电解质的离子电导率可以与液态电解质相媲美甚至更高，但硫化物电解质自身 仍存在性能缺点，同时工程化难度较大。 硫化物电解质自身有三个性能缺点待改进： （1）空气稳定性较差。软硬酸碱理论是指硬酸与硬碱更易反应，软酸和软碱优先反应。 由于 H2O 中的 O2-比硫化物电解质中的 S2-碱性更强，因此在潮湿的空气下，硫化物电解 质的中心原子 P5+更易与 O2-结合，进而导致 S2-与 H+结合产生有毒的 H2S 气体，造成材 料空气稳定性衰减，带来安全隐患。 （2）电化学窗口较窄。性能不佳的固态电解质在高电压下会发生分解，产生较高的界面 阻抗，引起电池极化。业界普遍认为硫化物电解质的电化学窗口为 1.6～2.3V（vsLi+/Li），难以与常用的正负极材料形成热力学稳定的界面。 （3）界面性差。硫化物电解质/电极界面问题包括空间电荷层、界面副反应、固固界面接 触差、锂枝晶生长和体积膨胀等： 空间电荷层：硫化物电解质和正极材料内部存在 Li+浓度差，这驱动了空间电荷层的 产生，导致界面阻抗增加，影响电池寿命。 界面副反应：硫化物电解质和电极材料间的化学/电化学不相容会在界面产生不可逆 的副反应，形成高电子电导率、低离子电导率的复杂界面相，阻碍 Li+在界面的快速 输运。 固固界面接触差：电极/硫化物电解质界面刚性接触会减少 Li+的有效接触区域，限 制 Li+的跨界面迁移。在电池循环过程中，刚性接触难以容纳活性材料的体积变化， 导致局部应力分布不均匀，最终发展为复杂的化学—力学耦合失效。 锂枝晶生长：硫化物电解质与金属锂负极界面的不均匀锂沉积/剥离过程会导致锂枝 晶的成核和生长，进而穿透电解质层，造成电池短路。

改善硫化物电解质的空气稳定性的策略包括有： （1）物理吸附法。如在硫化物电解质中添加金属氧化物、金属硫化物、沸石或卤化锂等 材料充当 H2S 气体的吸收剂或催化，从而抑制 H2S 气体的释放或将其催化分解。如：将 LiI 掺杂到 Li3PS4 材料中，之后转移至潮湿空气中放置，后续并未检测到 H2S，这是由于 Li4PS4I 暴露在潮湿空气后首先会生成 LiI·H2O，并且 LiI·H2O 会在 H2O 分子和 Li3PS4 材 料的 PS43-单元间形成有效屏障，从而抑制 H2S 的生成和释放。但添加这些离子绝缘的材 料会在一定程度上影响 Li+传输，导致硫化物电解质的离子电导率显著降低，且无法从根 本上改善硫化物电解质的稳定性。 （2）基于软硬酸碱理论的元素掺杂改性。如将氧元素、卤素等阴离子，较软的 Sn4+、Cu+、 Sc3+等阳离子进行单一元素掺杂或阴阳离子共掺杂策略。Gong 等系统考察了 SnO2、GeO2、 SiO2 的掺杂效果，结果发现，阳离子倾向于取代 Li7P3S11 型电解质中的 P 位，这有利于 拓宽 Li+传输通道，提升材料离子电导率；阴离子则会部分取代 S 位，从而显著提升材料 的电化学稳定性和界面稳定性。 （3）表面包覆。由于硫化物电解质与水之间的反应首先发生在硫化物电解质颗粒表面， 因此构建惰性表面或涂层可以有效抑制 H2O 甚至有机溶剂对硫化物电解质的化学侵蚀，提 高其空气稳定性。然而，大多数包覆层材料的离子传导能力较差，通常会在一定程度上牺 牲硫化物电解质的离子电导率。

改善电化学窗口窄的策略包括有： （1）由于硫化物电解质自身分解反应不受控，因此可以对硫化物电解质材料表面进行优 化。如在硫化物电解质表面添加包覆缓冲层，能够有效提高电化学窗口。 （2）通过对硫化物电解质分解产物进行设计，获得与锂兼容且电子绝缘的钝化膜，从而 抑制硫化物电解质的持续分解。研究人员通过引入阳离子或阴离子如 Ge、Si、或 O 等来 拓宽材料的电化学窗口。 （3）硫化物电解质组成和结构调控。如设计核壳结构、调控元素配比等方法。

界面性差的问题包括了和正极、负极的界面反应问题，对应问题和改善策略包括有： 针对正极侧：锂离子电池正极材料多为氧化物材料，而 Li+在硫化物电解质与氧化物材料 中存在较大化学势差，导致 Li+在充放电时会从硫化物电解质向氧化物正极侧迁移，从而 形成空间电荷层效应，影响电池寿命。硫化物电解质较窄的电化学窗口使其在低电位下即 被氧化。因此在充放电时硫化物电解质/正极存在严重的界面副反应，导致阻抗急剧增加。

此外，正极材料和电解质之间为刚性接触，正极材料在脱嵌锂时存在体积效应，从而造成 机械失效，电池性能恶化。改善硫化物电解质/正极界面性质的策略包括： （1）构建缓冲层包覆在正极材料表面。正极材料表面设计包覆层可以避免氧化物正极材 料与硫化物电解质材料的直接接触，抑制二者间界面副反应的发生，减缓材料结构破坏和 容量衰退。常见的包覆层材料包括含锂氧化物或快离子导体 Li2ZrO3、LiNbO3 或卤化物等 材料。 （2）设计新型硫化物正极材料。硫化物正极材料能够避免与硫化物电解质之间空间电荷 层的形成和元素互相扩散，消除异质成分间的界面副反应。 （3）材料特殊结构设计。通过特殊工艺将正极材料与固态电解质设计成一体化结构，从 而形成稳定的正极/电解质接触面，减小界面电阻，提高全固态电池的电化学性能。

针对负极侧：当硫化物电解质与金属锂接触后会发生界面副反应，引起锂的不可逆消耗和 不均匀沉积，导致锂枝晶的生长，锂枝晶极易从电解质层的微裂纹中穿透造成电池短路。 另一方面，硫化物电解质会发生局部分解，分解产物如 Li3P 等物质的离子传输能力较差， 会使 Li+在界面传输的势垒增大，从而削弱电池的整体性能。改善硫化物电解质/锂负极 的界面性质的策略有。 （1）对硫化物电解质进行物理/化学修饰。常见的修饰方法是对硫化物电解质进行元素掺 杂改性，掺杂元素包括 Mn、Fe、Mo 等金属元素，以及 O、Cl、I 等非金属元素。元素掺杂 可有效调节硫化物电解质组成，改变材料内部能带结构，从而增强结构稳定性，提高氧化 还原能垒，避免界面副反应的发生。 （2）对金属锂负极改性以降低反应活性。将化学性质不活泼的金属与锂金属合金化制成 Li-X（X=In、Sn 或 Al 等）二元合金或 Li-X-Y（X=In、Sn 等，Y=Mg、Ag 等）多元合金， 以提高锂负极的稳定性，降低锂负极的还原性，减少与硫化物电解质之间的界面副反应。 在锂合金材料中，Li-In 合金具有对硫化物电解质较好的界面相容性、良好的重复性等优 势。 （3）在电解质/负极界面设计人工固体电解质界面膜（SEI 膜）。通过原位/非原位的方法 在界面处引入 SEI 膜，不仅可以隔绝电子，保障 Li+传输通畅，还能避免电极/电解质接 触，防止锂枝晶的穿透和电解质机械失效。人工 SEI 膜需要具有高离子电导率、电子绝缘 性、良好的机械强度和电化学稳定性，其构建方法包括化学气相沉积、电化学沉积等。

2.2 制备工艺：固相法性能更优，液相法更易于大规模量产

固相法的制备性能更优，液相法更易于大规模量产。目前常用的合成 Li6PS5X(X=Cl,Br,I) 电解质的方法主要有固相法和液相法两种。固相法更易得到离子电导率更高的电解质材料， 但其原料混合均匀性较差；在三种固相法中，直接固相烧结法工艺比较简单，且离子电导 率也较高，在批量生产方面具有一定优势；液相法更易于规模化生产，但该方法得到的电 解质离子电导率偏低，且溶剂的使用导致其对环境有一定污染。

（1）固相法：主要包括高能机械球磨法、球磨-烧结联用法和简单固相烧结法三种，简单 固相烧结法具备较大应用前景：

高能机械球磨法：一致性较差限制规模化应用。是把 LiX(X=Cl,Br)、Li2S、P2S5 等 各种原材料密封在球磨罐内，采用高速球磨提供机械能将原材料的化学键断裂，使材 料在原子级别混合反应，同时球磨珠之间以及与球磨罐内壁之间在高速旋转和碰撞 过程中会产生热量，最终形成 Li6PS5X(X=Cl,Br,I)电解质的制备方法。相比其他制 备方法，高能机械球磨法耗时耗能，且制备的材料一致性较差，这些都限制其大规模 实用化。

球磨-烧结联用法：成本较高限制规模化应用。将原材料经高能球磨过程后，压片烧 结得到最终电解质的方法。由于高能球磨得到的产物含有大量的无定形相存在，导致 材料的结晶性较差，经过烧结处理提高制备的材料中晶相电解质含量，一般能得到室 温离子电导率超过 10^−3 S/cm 的锂硫银锗矿电解质。为保证材料的均匀性，前期的 高能机械球磨过程需要手动混合物料，导致这种合成方法成本较高且难以大规模制 备而限制了其应用。

简单固相烧结法：具备较大前景的方案。是将原材料均匀混合后直接烧结得到最终电 解质的制备方法。为了保证材料混合的均匀性，前期的原材料混合可采用低速球磨的 方法。该方法能克服高能机械球磨带来的能耗、沾壁及一致性等问题，有望降低合成 成本，推动锂硫银锗矿固态电解质规模化制备。

（2）液相法：液相法在电解质合成方面有诸多优势，如更低的烧结温度，更短的合成时 间，适合放大等，其在固态电池制作方面也有较大前景。由于电解质可溶于或者分散在有 机溶剂中，因此可以将电解质粉末和正极材料同时加入到溶剂中混合均匀，采用传统锂离 子电池的涂布工艺来实现大批量制备复合正极极片。由于合成过程中有机溶剂难除尽，烧 结过程容易导致电解质材料表面残余碳导致电子电导率提升，残存的物质还影响电解质的 离子电导率，综合性能有待提升。液相法合成锂硫银锗矿固态电解质一般分为两种途径： 悬浮液法和溶解-沉积法：

悬浮液法：将合成锂硫银锗矿电解质原材料(主要为 Li2S、P2S5、LiCl、LiBr、LiI 等)分散在不溶性的有机溶剂中，通过机械搅拌使其均匀混合，随后采用热处理除去 有机溶剂，并通过烧结得到最终产物。

溶解-沉积法：将固相法合成的电解质或前驱体材料溶解在可溶性的有机溶剂中，形 成稳定均匀的混合溶液，最后经过热处理去除溶剂，并进行简单烧结得到所需电解质。 目前，用于合成锂硫银锗矿固态电解质的有机溶剂主要有无水乙醇、四氢呋喃(THF), 乙酸乙酯(EA)和无水乙腈(ACN)等，其中最常见的为无水乙醇和四氢呋喃。

2.3 成膜工艺：关注新兴湿法骨架膜工艺、干法工艺的应用

固态电解质一般为电解质膜。为提高固态电池的能量密度，提高有效活性物质的含量，降 低电池内部电解质等不能贡献容量的部分含量也至关重要。考虑将固态电池组装工艺与当 前商业化液态电池工艺相结合能简化制备工艺和降低成本，需要将固态电解质设计成类似 隔膜的结构。 硫化物固态电解质膜的典型制备方法包括湿法和干法，其中湿法是一种更为普遍的薄膜生 产技术，干法是新兴工艺。

（1）湿法：湿法制备固态电解质膜主要是利用溶剂、粘结剂、电解质配成均匀溶液，再 将溶剂蒸干得到电解质膜的一种方法。在湿法过程中，由于硫化物的特殊化学性质，与强 极性溶剂混合时会发生分解或导致离子电导率降低，因此需要选择低极性或非极性溶剂。 然而，这些溶剂将限制聚合物粘结剂的选择，常用的聚合物粘结剂在这些溶剂中溶解性不 佳，影响薄膜机械强度。同时聚合物粘结剂会包裹硫化物颗粒，这种结构会影响固态电解 质薄膜的离子电导率。在制备过程中需要兼顾薄膜高电导率和高机械强度。湿法步骤一般 包括制浆、成膜、烘干和致密化。根据成膜方式可以分为流延法、渗透法等。

流延法：大规模制备电解质薄膜的有效方法，具有显著的优势，包括均匀的制备以及 精确控制薄膜厚度。主要步骤包括：（1）将粘结剂和电解质先后溶解在溶剂中形成浆 料，调整浆料粘度，将其均匀地浇铸在基材上，（3）干燥固化后或去掉基材，（4）对 薄膜进行冲切、层合等后处理。最后，成功获得超薄固态电解质膜。流延法能够制备 超薄薄膜，提高离子电导率的同时，也为制备多层结构、性能良好的固态电解质提供 了条件，并具备大规模生产的能力。为了进一步提高固态电解质膜的室温离子电导率， 未来的研究侧重于开发新的聚合物粘接剂和探索新的溶剂体系。

渗透法：应用骨架膜，是后续具备潜力的新方案。在流延法中，固体颗粒通常被粘结 剂包裹阻碍离子传导，为了构建离子传输的连续路径，将浆料浇筑在多孔支架上，提 供有利的多孔通道和机械强度。多孔支架通常可以选择聚合物骨架或其他材质骨架， 聚合物骨架通常有两种选择，一种是静电纺丝技术制成的三维网络，另一种是商用的 非织造布。 除了将硫化物浆料渗透到聚合物粘结剂或其他材质形成三维网络中之外，还可以将 聚合物渗透到三维硫化物骨架中。具体的制备过程包括将聚合物单体渗透到三维硫 化物骨架中，然后进行原位聚合，形成独立的硫化物/聚合物复合膜。渗透法不仅可 以得到超薄的固态电解质膜，通过将浆料直接涂覆在正极上，可以得到电解质层厚度 更小的正极薄膜，实现正极支撑的固体电解质薄膜。该方法不但可以改善正极和电解 质接触，降低界面阻抗，还可以有效降低复合正极的孔隙率，有效提高固态电池的能 量密度，而且有可能与现有的传统液态锂离子电池电极的工业生产线相结合，实现大 规模生产。

（2）干法：也称为无溶剂法，是为了克服在浆料工艺中加入有机溶剂可能带来的不利影 响而提出的一种新的加工技术。通常将固态电解质粉末与少量粘结剂混合后，通过不同的 成型方式制成薄膜。因为其能耗较低、粘结剂用量少，硫化物电解质膜电导率高等优点。 干法工艺主要采用粘结剂原纤化技术。该技术最初源于 Maxwell Tech Co.开发的超级电 容器制造技术。原纤化指将纤维分解为更细原纤的过程，通过研磨、拉伸、剪切等机械力 作用，使纤维轴向分裂成直径数微米的原纤，成为互相联结的原纤化细丝。粘结剂原纤化 法使用具有良好塑性的可变形粘结剂原纤化后提供均匀网络，连接目标颗粒。首先，将粘 结剂和固态电解质材料通过低速搅拌初步混合均匀，接着通过特定设备施加机械力（剪切、 拉伸、研磨等），使粘结剂分子链在外力作用下发生定向排列并形成纤维结构。最后，将 原纤化后的原料通过辊压等成形方式制成薄膜，使粘结剂纤维结构固定。对于热固性粘结 剂，可能需要加热固化以形成交联网络，进一步稳定纤维形态并增强力学性能。 干法制备具备多个优势。（1）成本更低；（2）有利于制备更厚的电极、更薄的电解质膜， 提高电池的能量密度；（3）保持硫化物电解质的结构完整；（4）粘结剂使用更少。该方法 的核心挑战在于精准控制纤维的尺寸、分布和取向，避免过度处理导致的粘结剂降解或纤维断裂。

2.4 规模化：沿着硫化锂降本、工艺放大迭代

硫化物电解质的工程化包括四个难点： （1）硫化锂规模化难度大、成本高。硫化物电解质所用的原料 Li2S 合成难度大，纯度要 求高，产量较低，成本居高不下。目前 Li2S 的主要合成方法是高温还原法，该方法原料 廉价易得，工艺简单，但需要高温高压的反应条件，工况不易控制，设备选型困难，安全 性差；反应过程中还会产生大量副产物 Li2O，导致产品产率和纯度较低，影响硫化物电解 质的性能和规模化制备。因此实现原材料 Li2S 的低成本、高品质、大规模生产是硫化物 电解质商业化发展过程中必须要解决的难题。 以 Li6PS5Cl 粗粉电解质体系为例的实证分析显示，硫化锂在材料体系中质量占比达 43%， 而当前公斤级市场报价波动于 5000~10000 元区间。基于吨级 Li6PS5Cl 产线的成本敏感性 分析，硫化锂的原料成本构成比高达 82%，为核心成本项，硫化锂成相后的二次加工、运 输以及存储等环节均需构建严格的水氧隔绝体系，成本同样较高。

（2）环境要求高。硫化物电解质自身及所用的 Li2S、P2S5 等原料空气稳定性较差，全程 需要惰性气氛或真空环境保护，避免水或氧气的侵蚀，制备时产生的有毒 H2S 需进行回收 处理，防止泄漏导致安全风险。

（3）工艺制造难度大。硫化物电解质合成方法均存在工艺复杂、耗时耗能、环境要求高 的问题。固相法需长时间球磨混合及烧结，全程要求无水无氧，对设备要求高，耗时耗能， 成本极高。液相法需要使用有机溶剂将原料溶解混合，全程要进行长时间加热搅拌、固液 分离及热处理，不仅制备周期长，引入的有机溶剂也难以去除。这两种合成工艺与现有的 锂电池产线难以兼容，为满足硫化物全固态电池的制备需求，新型设备的研发和制造显得 尤为紧迫。

（4）硫化物电解质工艺一致性要求更高，工艺放大难度高。从目前多家企业的产品来看， 硫化物电解质之间的批次性较差，这不仅导致硫化物电解质与电极界面兼容性变差，影响 电池的倍率性能和循环寿命；还会导致硫化物电解质的电化学性能不稳定，影响电池充放 电效率和能量密度。因此硫化物电解质制备过程中需要具备强大的工程能力和制造经验， 精准地控制每一步工艺条件，以确保材料生产中的批次一致性。

三、硫化锂：电解质核心原材料，竞争要素核心在提纯成本

3.1 性能：纯度是核心指标，显著影响电解质的制备效果

硫化锂为固体粉末，CAS 号为 12136-58-2，锂溶于水时放热，同时发生水解反应，如生成 硫氢化锂和氢氧化锂，进一步水解会生成硫化氢。硫化锂在常温下会被氧气缓慢氧化，生 成黄色的单质硫和氧化锂；在 300℃以上会被氧气氧化生成硫酸锂。硫化锂粉体有较强的 吸湿性，即使空气中的微量水分也能引起硫化锂的水解反应，生成有毒的硫化氢气体，大 量的硫化锂暴露于含湿空气中，如无特殊防护措施，安全风险极大。因此硫化锂的生产、 应用、运输与储存需要重点关注安全性，特别是预防硫化氢溢出带来的潜在风险。

硫化锂的纯度直接制约后续硫化物固态电解质的合成工艺及产物性能。硫化锂中的杂质以 无机锂盐杂质、碳杂质、金属元素杂质以及水分杂质等为主，而硫化锂的产品指标中纯度 参数尤为关键，对硫化物电解质的制备有重要影响；

硫化物固态电解质的高性能高度依赖精确的化学计量比，在材料制备过程中，硫化锂 中残留的惰性锂盐杂质(如氧化锂、碳酸锂)在高温固相合成过程中引发化学计量偏 差，导致非离子传导性杂相(如 Li3PO4 等)的生成。此类杂相在电解质晶界处选择性 富集，恶化颗粒界面离子传输动力学，显著降低材料本征离子导率；

部分工艺制备的硫化锂中可能存在的残碳、金属元素等杂质，会升高所制备硫化物电 解质的电子电导，导致固态电解质材料在应用中存在较高的漏电流，在电池运行中易 于引发电解质分解甚至内部局部锂沉积，进而造成电池内部软短路等问题；

硫化锂的水分残留会引发储存过程中的自发性水解反应，导致材料纯度显著劣化，严 重影响硫化物固态电解质材料的可控制备。综上所述，硫化锂的高纯度是实现硫化物 固态电解质高性能的重要基础，目前行业内评价硫化锂产品水平主要聚焦白度、物相 纯度、多硫含量、水分含量，以及碳杂质含量等角度。

3.2 工艺：安全&低成本为核心，碳热还原法、液相法占主流

在制备硫化锂时，锂源和硫源的选择具有显著多样性。

硫源：呈负价态的硫离子(S2−)具有本征高反应活性，在传统工业领域中，被广泛用 作高效硫化试剂，如硫化氢，二硫化碳等。这类活性硫源一般可直接与氢氧化锂、碳 酸锂以及有机锂盐等稳定锂盐反应生成硫化锂。而硫单质或更高价态的硫前体需经 历还原过程，借助还原剂如氢化锂等还原性锂盐、金属锂单质等直接反应生成硫化锂。

锂源：锂源可分为两种，一种是强还原性锂源(金属锂或有机锂类)，参与硫源的氧化 还原反应；另一种是惰性锂源(如氢氧化锂等传统锂盐)，仅作为锂供体，不参与氧化 还原反应。如前文所述，前者一般可和单质硫直接反应生成硫化锂；后者一般需要和 高活性硫化剂，如硫化氢，二硫化碳等进行反应。具有双功能前体特性如硫酸锂能够 同时提供锂源和硫源，通过碳热、镁热、铝热等除氧工艺实现硫价态调控，直接得到 硫化锂。

（1）高活性锂/硫源工艺：原料贵，安全风险较大，不利于规模化生产

优势：有较高的反应活性以及良好的产物收率。由于锂/硫源的反应活性高，无需外界提 供苛刻条件促进反应进行，同时工艺路线对应的基础化学反应简单，不易产生副产物，从 而产物纯度高。目前市场中的高纯硫化锂产品也多来自此工艺路线。 缺陷在于：成本昂贵+较大安全风险。其自身活性高，不宜保存，成本也相比稳定锂/硫源 更为昂贵；不仅如此，高活性反应物除了自身会带来安全风险，其反应进程往往剧烈，不 易控制，整个反应路线也有较大安全风险。 ①锂硫化合工艺：由于还原性有机锂盐的成本高昂，且锂含量低，应用强还原性有机锂盐 (如叔丁基锂、硼氢化锂、萘锂等)的制备工艺一般用于合成纳米化硫化锂正极材料，不适 用于硫化锂量产。金属锂或氢化锂本身锂含量高，而且具有极高的反应活性，一般和单质 硫直接进行反应，生成的硫化锂不仅白度极高(蓝光白度>83%)，且几乎不引入其他杂质， 纯度可达到 99.9%以上，是目前百克级高纯硫化锂制备的优选方案之一。

②H2S 中和工艺。应用硫化氢制备硫化锂源自硫化氢与氢氧化锂的中和反应，工艺简洁路 线。通过原位转化 H2S 为 Li2S，不仅实现危废减排，同时可以大幅提高 H2S 的产业附加 值，因此该路线适用于油气田等 H2S 富集区的原位转化，可有效规避 H2S 跨区域运输风 险。但原料地理依赖性(需匹配 H2S 气源)导致工艺普适性受限，加之水解副反应抑制技术 尚未成熟，致使产业化进程滞后。

（2）化学稳定锂/硫源工艺：原料便宜，过程安全，适合规模化

当前硫化锂规模合成技术存在三条典型路径，其共性特征表现为：①原料廉价且较为易得； ②大气环境耐受性优异，投料端无须严格环境管控；③工艺过程本征安全。应用稳定锂/ 硫源的温和反应路线有利于进一步工艺降本和规模化。

水合肼还原工艺：高效低成本，但要求反应控制精确

原理：在碱性介质中，单质硫于热驱动条件下易发生价态歧化反应,硫元素的歧化倾向导 致高价硫物种难以彻底清除，终产物仍存在 Li2SO3、Li2S2O3 等伴生杂质,引入水溶性还 原助剂(如水合肼)可显著降低体系氧化势，促使反应平衡向硫负离子(S2−)方向迁移。有 研究通过引入水合肼作为液相还原介质，使硫单质与氢氧化锂在常温下即可完成前体合成， 经后续梯度热处理(400~600℃)促进硫物种完全还原，最终获得纯度≥99.95%的 Li2S 粉 体。 优势：该工艺创新性地利用强还原剂将 S 原位转化为 S2−，进而和廉价锂盐，如氢氧化锂 或碳酸锂，直接反应形成高效、低成本的硫化锂制备工艺路线。 劣势：需要较为精确的反应控制，如果反应控制不当，水合肼将硫单质还原的过程中极易 产生大量的中间产物多硫化锂(Li2Sx)，水合肼属于管制危险品，同时对人体及环境具有 毒性，工程化实施需同步构建封闭式操作单元与完备防护体系。

液相复分解工艺：原料便宜，易于规模化，但提纯成本高

原理：硫化钠和廉价锂盐可通过复分解路经生成硫化锂，Li2S 在乙醇中呈现可溶性，但卤 化钠、硝酸钠等盐类难溶于乙醇，该溶解特性差异构成 Na2S 与锂盐发生复分解反应的核 心驱动力。 优势：①原料成本低廉且来源广泛；②该反应体系表现出优异的动力学特性，在室温下即 实现硫化锂可控合成；③液相工艺可结合自动化产线，有望实现规模化连续化生产。 劣势：①通过液相法制备硫化锂，后续均需增加中高温热处理来脱除有机溶剂以及水分， 抵消了低温复分解反应本应有的节能优势；同时低温下生成的小粒径硫化锂因热处理过程 出现晶粒粗化，降低其应用时的反应活性；②涉及大量溶剂的循环使用，溶剂安全性以及 溶剂中的水氧含量均需严格控制，以满足生产过程品控要求；③市售硫化钠原料的纯度不 足，作为反应原料需要二次提纯；④复分解反应的副产物不易完全去除，仍需增加额外提 纯工步，在长期储存过程中，残留水分诱导硫化锂的分解，需设计针对性抑制策略。

热还原路线：原料便宜，环境兼容高，但能耗高、收率低

原理：基于还原剂在高温下还原稳定的硫酸锂，直接合成硫化锂。还原剂体系可以是非金 属单质(如碳、硅等)、金属单质(如铝、镁等)以及氢气等气态还原介质 优势：①原料成本优势显著：锂源采用硫酸锂，碳源可拓展至石墨、活性炭及聚乙烯醇、 柠檬酸等有机物热解碳等；②环境兼容性优异：碳热还原工艺的原料在空气中物化性质稳 定，无需特殊管理条件，显著降低了工艺成本；③反应过程安全可控：碳在还原硫酸锂的 过程中，过程温和可控，通过温度控制能够调控反应进行，有利于规模量产。 劣势：①工艺能耗较高：一般需要 635℃以上的热力学反应温度，部分工艺甚至需达到 900℃，导致生产能耗较高；②烧失严重，产品收率较低：碳在夺氧生成硫化锂的同时， 逸出了高达 65%的二氧化碳，导致最终的产物收率仅为 30%左右。碳热还原的工艺路线需 配套做好节能减排装置，如设计余热、尾气利用等工艺模块，以进一步降低生产成本，构 建符合低碳工艺标准的能量闭环系统。

从纯度、安全性、经济性多方位评价不同工艺，锂硫化合工艺的产品指标最为突出，是硫 化锂在产业化早期实现小批量供应的主要路线碳热还原、水合肼还原和复分解这 3 种工艺 路线的综合优势较为明显，其产业化实践已进入工程验证阶段。

（1）纯度：由于原料的高活性、高纯度，锂硫化合工艺性能突出。 硫化锂产品质量呈现以下规律性特征：①应用高活性锂/硫源的反应路线反应过程简洁， 机理明确，其产物收率及纯度指标在现有方法中表现最优。②液相合成路线受限于溶剂脱 除工序，此类路线生产的硫化锂产品易于出现溶剂残留、水分以及多硫杂质超标等问题， 而用于脱除此类杂质而增加的中高温除杂工艺可能引发溶剂碳化，引入新的杂质。③原料 安全性高的工艺路线多依赖高温还原反应，而硫元素的价态复杂，反应路径多，副反应难 以根除，此类工艺路线制备的硫化锂产品常含无机锂盐、残碳等杂质，一般需结合二次提 纯工艺提升纯度。

（2）安全性：碳热还原法（固相法）、液相法的安全性更优，适合规模化生产。 硫化锂制备工艺的安全风险主要源自原料活性、制备过程、辅助化学品。①原料活性：高 活性硫源，如硫化氢原料具有剧毒；高活性锂源，如金属锂、氢化锂及有机锂盐极易燃爆； ②反应过程：氢化锂和单质硫反应释放大量氢气、金属锂或有机锂与单质硫反应的剧烈放 热等特性显著提升了防火防爆与毒害防护的工程复杂度；③工艺辅助体系：用于还原硫酸 锂的金属粉末或氢气、可溶解金属锂的液氨、用于还原单质硫的水合肼，以及用于支持复 分解反应进行的 NMP(N-甲基吡咯烷酮)等均需建立专项防护机制。高纯度硫化锂制备工艺 往往伴随安全边际成本的显著增加。

（3）经济性：碳热还原法、水合肼还原法、液相复分解法均有潜力。 成本分析揭示关键规律：原材料在产业链中的前体属性越显著(如硫酸锂处于锂盐加工前 端)，其市场价格传导效应越弱，对应工艺的单位质量硫化锂原料成本呈现梯度递减特征。 当前硫化锂主流制备工艺仍处于产业化验证阶段，其规模经济性尚未完全显现。碳热还原 路线展现出显著经济性优势，主要归因于硫酸锂的低价特性及其作为碳酸锂上游前体的产 业定位优势；硫化氢中和工艺和水合肼还原工艺的原料成本构成类似，均主要源于锂源， 在锂盐价格趋于稳态的市场环境下，进一步降本需依赖工艺改进；复分解工艺的核心原料 若用水合硫化钠，价格会高于水合肼法，但存在 LiOH+H2S 的搭配方案，价格会更低；锂 硫化合工艺由于使用了价格高昂的金属锂，所以锂硫化合工艺的原料成本远高于其他工艺。

四、竞争格局：路线尚未收敛，关注各路线的降本走向

硫化锂、硫化物电解质的制备难点有较大的差异，硫化锂是硫化物电解质的核心原材料， 硫化锂的纯度会直接影响硫化物电解质的电化学性能表现，但是二者的制备仍有较大的区 别。 硫化锂的制备核心在提纯工艺，难点主要集中于高纯度要求和环境敏感性，在于如何 在安全、纯度和成本上做出好的平衡，合成本身并不困难。 硫化物电解质的制备核心在电化学配方设计及合成工艺，需要设计好元素比例并在 合成时精准调控多组分的配比，对电化学的理解需要非常深入，合成工艺也有较高的 技术要求。 硫化锂/硫化物电解质参与玩家已较多。锂电龙头企业率先构建产业矩阵，典型代表包括 赣锋锂业、天齐锂业、容百科技、恩捷股份等；初创企业快速涌现，如深圳固研、广州博 粤、中科固能等；半导体领域企业基于硫化物半导体领域的技术协同效应，逐步延伸至硫 化锂等核心材料供应链，如杭州凯亚达、四川全固态等。

根据布局的方式，可按照布局硫化物电解质/硫化锂/一体化将企业分成三种类型：1）硫化物电解质企业：初创企业居多，国内代表企业包括中科固能、恩力动力、天赐材 料、广州博粤等。其中中科固能建成完工并试线投产世界范围内首条百吨级规模化制备硫 化物固态电解质的生产线，为未来建成万吨级别硫化物固态电解质的制备提供经验基础及 数据支撑；恩力动力 2018 年与软银成功开发出了使用硫化物固态电解质及锂金属负极的 全固态锂金属电池，掌握低成本的硫化物电解质制备技术；天赐材料开发出了硫化锂路线 的固态电解质，并成功完成实验室公斤级生产，目前处于中试阶段，计划于 2025 年实现 小批量生产；广州博粤攻关硫化物固态电解质（如 Li6PS5Cl,Li10GeP2S12 等）公斤级批 量化制备工艺，通过优化前驱体处理、固相反应条件及后处理工艺，成功开发出可重复性 高、适用于公斤级制备的技术路线。 2）硫化锂企业：大企业居多，国内代表企业包括天齐锂业、厦钨新能、上海洗霸、华盛 锂电、容百科技、海辰药业等。当前硫化锂多种制备工艺并行，路线尚未完全收敛。 ①碳热还原法：代表企业恩捷股份等，恩捷股份的超纯硫化锂目前已完成百吨级中试产线， 硫化物固态电解质的纯度和电导率，能够满足国内外头部电池企业的性能指标要求，硫化 物电解质膜已实现卷对卷、连续化生产，目前公司在云南玉溪推进硫化物全固态电解质材 料中试生产线项目，设计年产能约 1000 吨。 ②液相复分解法：代表企业华盛锂电等，公司为原先布局电解液添加剂的企业，电解液添 加剂和硫化锂的液相制备工艺原理上类似，核心都在于后续提纯，且都使用反应釜、过滤 装置等通用化工设备，有较强的技术可迁移性。华盛锂电制备的硫化锂具有纯度高、收率 高、加工性能好的优点，基于这种高纯度硫化锂，公司与客户合作开发的固态电解质 Li6PS5Cl 的离子电导率可达 5.57ms/cm。 ③水合肼还原法：代表企业天齐锂业等，其中天齐锂业通过全球首创的循环提纯技术并通 过工艺创新制造高纯度低成本的硫化锂，计划 2025 年实现硫化锂量产，目标覆盖硫化物 固态电解质 80%的原材料需求。 ④氢氧化锂和硫化氢法：代表企业容百科技、海辰药业等。该方法多用于日韩国家的硫化 锂生产，利用石油尾气中的硫化氢为原料进行合成，成本优势较大，目前使用此方法的日 韩代表企业有出光新产株式会社、古河机械金属株式会社、东丽精细化工株式会社和韩国 梨树集团。国内容百科技的硫化物电解质材料粒度及离子电导率等性能处于行业领先水平， 目前正在进行中试线的建设，部分量产设备已经完成带料验证，预计将于四季度竣工，2026 年初投产。氢氧化锂和硫化氢法（液相法）代表企业为海辰药业等，使用氢氧化锂和硫化 氢在有机溶剂中反应制备硫化锂。 ⑤其他工艺：上海洗霸、厦钨新能均采取独特工艺。上海洗霸收购有研稀土的硫化锂业务 及技术，后者的固态电解质已可实现产品小批量稳定制备；厦钨新能采用气相法中的 CVD 法制备硫化锂，其利用自研冶炼技术提炼的活性锂化合物，与含硫化合物（非硫化氢）反 应，一步形成高纯度硫化锂，小试、中试结果显示降本空间较大。 3）硫化物电解质+硫化锂一体化布局企业：主要集中在龙头企业。龙头企业居多，如赣锋 锂业、恩捷股份、容百科技，由于硫化锂的制备效果对后续制备硫化物电解质有较大影响， 因此一体化布局硫化物电解质+硫化锂的企业可以打通前后端研发，形成更强的 know-how 积累，技术迭代相对高效。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）