硫化物掺碘、氧化物掺锂，固态电解质“升级”进行时

随着固态电池的产业化竞赛升温，一项关键的技术进展正浮出水面。

电池材料企业不再仅仅追求全新的材料体系，而是通过对现有固态电解质进行掺杂改性，以求更快地提升综合性能。

这一务实的“升级”路线，正成为推动固态电池走向市场的关键信号。

硫化物路线：碘的引入与供应链隐忧

在硫化物固态电解质领域，掺杂改性的效果尤为显著，其中“碘”的引入正成为一个重要方向。

含碘的硫化物电解质，例如在锂磷硫氯体系中加入碘，能够显著改善对锂金属负极的适配性。其核心作用，首先在于促进锂金属沉积的均匀性，从而有效抑制锂枝晶的生长。这是解决高比能锂电池安全问题的关键一步。

同时，碘的加入还能加速电池内部的反应动力学。在固态锂硫电池中，碘离可以作为一种“固态氧化还原介质”，有效提升固-固转化的反应速率。这一机制直接带来了电池倍率性能的提高。

而锂电产业链中的头部企业已经公开了相关进展。

以当升科技为例，该公司披露已建成数吨级的硫化物固态电解质小试产线。其研发的氯碘复合硫化物固态电解质据称已实现稳定制备，具备了规模化供应能力。

根据外部调研记录，该掺碘硫化物的离子电导率达到10mS/cm，并且可以在低于5Mpa的压力下运行，满足了应用端的关键需求。

这一进展的重要性在于，它验证了通过材料迭代来加速固态电池产业化的市场情绪。

然而，这一技术路线也带来了一个新的挑战：供应链安全。碘作为硫化物电解质的重要添加剂，其需求量不容小觑。

有机构测算，每GWh固态电池大约需要消耗90吨碘。相比之下，1GW的钙钛矿光伏组件仅需约10吨碘。

考虑到全球碘矿资源基本由海外巨头垄断，这给国内厂商带来了潜在的供应链风险。

作为对比，传统的硫化物改性方向是掺氯。在硫银锗矿体系下，氯含量越高，离子电导率也越高。掺碘则是在此基础上跳出了原有体系的探索。

氧化物路线：从LATP到LLZO的迭代

在氧化物固态电解质方面，今年的技术迭代方向逐渐明确，即从LATP（磷酸钛铝锂）向LLZO（锂镧锆氧）演进。

LATP因成本更便宜，在2024年成为多数研发团队的切入点。但LLZO的性能优势十分突出。

它在三个核心指标上表现优异：离子电导率最高可达个位数mS/cm级别，足以媲美硫化物电解质；电化学窗口大于5V；同时具备更高的点化学稳定性。

然而，从LATP向LLZO的路线选择，不仅是性能与成本的权衡，更是一场深刻的供应链考量。

LATP的核心原材料包括二氧化钛等。中国的钛资源储量丰富，2022年占全球储量的29%，位居第一，拥有龙佰集团等一批头部生产企业，原料获取相对容易且稳定。

相比之下，LLZO的原料供应则呈现出两极分化。其所需的氧化镧等稀土材料是中国的一大优势，国内产量占全球七成。

但另一关键原料锆，包括二氧化锆、碳酸锆等，中国的资源储量却很少，进口依赖度高达90%以上，供需格局长期处于紧平衡状态。

这意味着选择LLZO路线，将面临与硫化物路线中碘相似的原料制约风险。

尽管存在供应链挑战，LLZO的性能优势仍在吸引厂商布局。

国内厂商久吾高科披露的数据显示，其LLZO产品的室温离子电导率可达1.0mS/cm，而LATP为0.5mS/cm。

从专利来看，全球固态电池的明星公司QuantumScape一直以来采用的就是LLZO技术路线。

为了进一步提升性能，有企业还采用了在LLZO中掺杂Ga的技术路线，据称这已是一项较为成熟的、可进一步提高离子电导率的改性手段。

挥之不去的量产挑战

与此同时，LLZO的规模化制备也面临巨大挑战，核心在于“烧结致密化”。

LLZO分为立方相和四方相两种晶型，其中高导电性的立方相难以在常规条件下稳定获得。

更关键的是，LLZO含有更多易挥发的锂元素，在传统高温烧结工艺中，锂的流失会导致材料无法完全致密化，直接损害其导电性能和结构稳定性。

为了攻克这一难题，学术界与产业界正从不同维度寻求突破。

一种思路是追求极致的速度，以“时间换空间”来抑制锂挥发。超快烧结（UFS）技术是典型代表，它通过在1200℃下进行仅45秒的“热冲击”处理，利用瞬间高温促使颗粒融合。

这种方法不仅能得到理论致密度高达99%的纯相立方LLZO薄膜，更重要的是，极短的烧结时间最大程度地减少了锂元素的挥发损失，有效避免了导电性差的杂质相的生成。

QuantumScape公司提出的Cobra工艺和“无接触闪烧技术”，便是该思路的具体落地。

另一种思路是在加热的同时施加外力。热压法（HP）与电弧等离子烧结（SPS）等特殊技术便属于此类。

它们的共同原理是在加热的同时施加物理压力，强制将材料颗粒压实，从而在较低温度或更短时间内获得高致密度的陶瓷片（通常大于95%）。

然而，这些技术的致命弱点在于其经济性：设备昂贵、产能极小，难以满足固态电池大规模量产的成本和效率要求，目前更多停留在实验室和小规模制备阶段。

面对量产困局，产业界寄望于工艺创新。

其核心思路可能是通过极速加热来实现致密化，同时避免了传统热压法的物理接触，为连续化、大规模生产提供了新的可能性。

尽管它被视为解决量产难题的关键思路之一，但其工艺实现难度极高，是该公司需要攻克的核心技术壁垒。

与此同时，国内厂商也在探索更具成本效益的路径。例如，有厂商认为将电解质浆料直接湿法涂覆于极片上，比制作独立的电解质膜再进行层压的工序更少，更具量产潜力。太蓝采用的就是类似路线。

久吾高科则通过优化的“低温固相-气氛烧结”协同工艺，在源头上改善锂挥发问题，实现了超过95%的产品批次一致性。

上述实质性的进展，正在为固态电池的最终产业化应用铺设更坚实的道路。