中国粉体网讯 中国科学技术大学马骋教授开发了一种新型硫化物固态电解质。这种固态电解质在展示硫化物固态电解质固有优势的同时，实现了其它硫化物固态电解质所无法达到的极其低廉、适合商业化的成本。该成果以“A Cost-Effective Sulfide Solid Electrolyte Li7P3S7.5O3.5 with Low Density and Excellent Anode Compatibility”为题发表在国际学术期刊Angewandte Chemie International Edition上。
硫化物固态电解质成本居高不下的根源，在于它们的合成需要使用大量昂贵的硫化锂（不低于650美元每公斤）。在多年的探索中，研究者曾尝试了各种降低硫化锂成本的方法，但发现实现这一目标极为困难。而在此次的研究中，马骋教授采取了完全不同的策略：他不再致力于降低硫化锂的成本，而是开发了一种不以硫化锂作为原料的硫化物固态电解质——氧硫化磷锂。这种固态电解质可以水合氢氧化锂和硫化磷作为原材料合成。由于这两种物质均成本低廉，氧硫化磷锂的原材料成本仅14.42美元每公斤，不到其它硫化物固态电解质的8%，也远低于50美元每公斤这一商业化的要求，具有很强的成本竞争力。
马骋教授表示：“我们的工作表明硫化物固态电解质的成本问题并非无解。氧硫化磷锂作为一种新材料，在性能上仍有望实现进一步提升，我们也在为此继续努力。”
氧硫化磷锂固态电解质的特点
1.低成本
氧硫化磷锂和其它硫化物固态电解质的原材料成本比较
马骋教授采用了成本低廉的水合氢氧化锂和硫化磷作为原材料合成氧硫化磷锂，原材料成本仅为14.42美元每公斤，不到其他硫化物固态电解质原材料成本的8%。
2.性能优势
氧硫化磷锂固态电解质保留了硫化物固态电解质的独特优势，它同时具备极低的密度和良好的负极相容性。
氧硫化磷锂的密度仅1.7克每立方厘米，和其它硫化物固态电解质相近，并且低于卤化物（约2.5克每立方厘米）和氧化物固态电解质（大都高于5克每立方厘米）。
氧硫化磷锂和锂金属、硅这两种高能量密度负极都展示了良好的相容性。它和锂金属组成的对称电池能实现4200小时以上的室温稳定循环，而它和硅负极、高镍三元正极组成的全固态软包电池，在60摄氏度下循环200次后，仍具有89.29%的容量保持率。
去除材料成本问题硫化物固态电解质仍需解决的问题主要有哪些？
1.空气稳定性
硫化物电解质在空气中具有不稳定性。由于硫化物遇空气会迅速水解生成毒性气体，因此电解质合成需要在充满惰性气体（如：氩气）的无水无氧环境中生产，但对于现有生产设备来说，一般不可能考虑无水无氧的惰性气体环境，所以造成研发、制造、运输及储存成本高昂。
并且，如果生产过程中遇到设备破损问题，将会产生硫化氢等有毒气体，所以一些回收和处理措施需要提前准备，不能造成风险问题。
2.电化学窗口较窄
硫化物电解质的电化学窗口较窄，与正负极的界面稳定性较差，与业内对固态电池打破液态电池能量密度天花板的期待有所背离。而此次马骋教授研发的氧硫化磷锂固态电解质表现出了良好的负极相容性，这为解决硫化物固态电解质电化学窗口较窄的问题提供了一种解题思路。
国内主要硫化物固态电解质企业
1.中科固能
项目签约：中科固能在溧阳签约了硫化物全固态电解质生产基地项目，投资总额60亿元。其中，一期总投资10亿元，进行全固态硫化物电解质材料大批量生产，预计2025-2026年具备满产能力。
背景实力：中科固能由中科院物理所联合溧阳市政府于2022年创办，是中科院物理所硫系全固态电池技术产业化的唯一平台。
2.宁德时代
研发进展：宁德时代作为锂电池龙头企业，已选择硫化物路线作为全固态电池的研发方向，并成功构建起10Ah级全固态电池验证平台。关于固态电池的研发，宁德时代主要是从硫化物固态电解质的空气稳定性问题入手。据宁德时代首席科学家吴凯介绍，针对硫化物空气稳定性低的问题，宁德时代采取的策略是对电解质进行疏水层包覆设计，包覆后电解质可在-40℃露点环境保持稳定。
目标规划：公司目标是在2027年实现全固态电池的小批量生产。
3.国轩高科
技术路线：国轩高科在固态电池的开发中也采用了硫化物技术路线，并表示将“以硫化物全固态电池的开发为主，同时也布局卤化物全固态电池的研究”。
研发成果：目前硫化物全固态电池已实现车规级电芯的制备，卤化物方面也已实现样品电池的制备。
4.恩捷股份
研发工作：恩捷股份主要从事硫化物固态电解质等相关材料的研发工作，并于2023年实现了技术和量产上的突破。
产能建设：公司固态用高纯硫化锂产品已完成小试吨级年产能建设和运行，目前已处于送样阶段，正积极推进产能建设。
5.屹锂科技
技术来源：屹锂科技的核心技术来源于上海交通大学，由智能汽车所所长张希教授领衔的研发团队融合多学科力量，汇聚了材料、电化学、电气与机械等学科的人才。
技术突破：公司针对现有锂电池的痛点问题，致力于高能电池关键材料的开发应用，面向长续航、高安全需求，在全固态锂电池材料和制备技术上取得突破。选取全新的硫化物作为电解质，通过负极金属锂的改性工程，提高负极稳定性及其与电解质亲和性，并通过界面工程，提高了电解质与正负极的兼容性，解决了传统锂电池的安全问题。
研发成果：公司已成功研发并制备出2Ah及5Ah的全固态电池软包电芯，实现能量密度达到410Wh/kg，充放电循环寿命达到2000次以上，固态电池核心材料硫化物电解质离子电导率达到17ms/cm。
6.瑞逍科技及其控股企业瑞固新材
项目情况：瑞逍科技宣布其旗下全固态电解质一期量产项目开工，这是国内首个量产固态电解质的企业。该项目由瑞固新材总投资13亿元，分两期进行建设，一期项目预计明年二季度投产，产值2亿元。
技术路线：专注于硫化物系固体电解质的研发与生产，与国内外多家下游企业开展动力及储能电池的研发定制业务。
7.马车动力
技术路线：马车动力是一家专注硫化物全固态电池及其核心材料研发与制造的公司，以高安全、高能量密度固态电池为突破口，携手产业链上下游合作伙伴，推动固态电池产业化加速落地。
产线建设：马车动力于2023年底启动了硫化物固态电解质中试线建设，并预计在2024年初正式投入使用，实现超10吨级年生产能力，标志着马车动力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。并且，马车动力已形成一套低成本高效率的标准生产工艺流程，并开发出了多种规格产品，具备低成本、高性能、一致性高等优势。
参考来源：
中国科大成功开发低成本硫化物固态电解质.中国科技大学
固体硫化物电解质：全固态锂电池核心材料的研究进展与未来展望.wade笔耕
各企业官网、官微等
（中国粉体网编辑整理/苏简）
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