硫化锂：全固态电池时代的“碳酸锂”？

丰田挑战2027年量产全固态电池，材料成本是最大拦路虎

近期外部媒体报道，日本丰田宣称已找到简化制造固态电池所用材料的生产过程的新方案以减半电池尺寸和成本重量，可大幅缩短汽车充电时间和增加续航里程。同时在公司技术说明会上宣布在BEV车型上搭载全固态电池，并挑战于2027~2028年投入实际应用。相关进展属实，全固态电池将有望最早在2027年进入量产阶段。

图表1：日本丰田汽车全固态电池模组

资料来源：丰田中国官网

全固态电池被誉为电池技术领域的“圣杯”，其远超液态锂离子电池的能量密度、不可燃性、热稳定性好的本质安全性一直激励着全球电池行业有志之士心之所向，身之所往，前赴后继地去探索与创新。但其量产难度与其性能优势同样突出：除了离子电导率低、循环寿命差和工艺设备需要重新设计定制外，高昂的材料成本也是制约其量产的重要阻力。根据行业交流，全固态电池电芯单瓦时成本是目前液态锂离子电池的4-25倍（不同负极材料、电解质技术路线选择各有差异）。高昂的成本使其目前暂时无缘汽车动力、储能等巨量市场，只能在一些军工、潜航、高端消费和特种无人机等细分场合使用。

导致全固态电池产品成本居高不下的材料首要是固态电解质。由于全固态电池采用全固态电解质替代隔膜和液态电解质，因此在材料体系上需要进行重大变革。以目前量产潜力最大、性价比最高的硫银锗矿型LPSC固态电解质路线为例，LPSC的核心原材料主要有硫化锂、氯化锂和五硫化二磷，高品质的LPSC固态电解质粉体目前成本约合8~10万元/kg，里面占比最大头的部分首推硫化锂粉体。

图表2：LPSC固态电解质制造过程

资料来源：CNKI

多因素导致硫化锂价格居高难降，全固态电池有望彻底改变锂市场现状

硫化锂属于立方晶系，是锂的硫化物，具有反萤石结构。其密度1.66 g/cm3，熔点938℃，沸点1372℃。易溶于水，可溶于乙醇，溶于酸，不溶于碱。硫化锂在自然界并不稳定，在空气中易吸收水蒸气发生水解，放出剧毒硫化氢气体。可被酸分解放出硫化氢；可与硝酸剧烈反应，但氢溴酸与氢碘酸只有在加热的情况下才能将其分解。

硫化锂按照纯度可分为电池级硫化锂（≥99.99%）和工业级硫化锂（96%），其中电池级别硫化锂对于产品的纯度与颗粒度粒径要求更高：其粒径一般要求达到nm或者小um级别。一般而言硫化锂粒径越小，纯度越高，价格越高。从用途上看，硫化锂应用范围较少，主要用于全固态电池的硫化物固态电解质LPSC合成，以及高能量密度锂硫电池正极材料的合成。

在过去，硫化锂作为一种特殊的无机化合物，由于化学性质非常活泼，容易与空气中存在的少量水分发生反应生成剧毒的H2S气体，保存难度和要求高，因此应用市场比较小，单价极高。虽然近两年电池级硫化锂的价格已逐步回落（主要是碳酸锂价格下降所致），但公斤级别批量采购价格仍然在6000-7000元/kg，部分进口型号更在8000元/kg以上。

电池级硫化锂价格高昂的原因主要有以下四点：

1）市场应用主要集中在锂硫电池和全固态电池领域，下游尚未产业化导致材料需求偏小，企业接单和扩产意愿不大，大规模生产的必要性不明显；

2）电池级硫化锂对于粉体纯度、粒径和物相都有更高、更特殊要求，国内有能力提供合格粉体的供应商不超过10家；

3）市场出货规模小，设备自动化和利用率不高，设备折旧、人工费和制造费用居高不下；

4）硫化锂化学性质活泼，在自然环境中容易与水发生反应产生有毒物质，其制造和储存要求加大其使用成本。

事实上，在全固态电池和锂硫电池起量以前，硫化锂一直作为一个“小众冷门”的化学品市场存在，全球一年整体产值不到亿元级别。转折点来自下游需求的爆发，固态电池产品落地有望推动硫化锂市场规模迈向百亿元级别。根据行业交流，1GWh的LPSC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。如果未来2027-2030年全固态电池能够顺利量产商业化，将对上游LPSC固态电解质及其原材料硫化锂带来巨大的供给需求。

图表3：Lorad Chemical Corporation硫化锂产品参数

资料来源：Lorad Chemical Corporation

27-30年硫化锂是否将重现22年碳酸锂价格狂飙现象？

2021年H2到2022年间，电池级碳酸锂报价从低点的不到10万元/吨，一路狂飙到最高点的60万元/吨。受此影响，整个锂电池产业链出现成本飙升、抢锂盐、抢电芯的情况，在一定程度上也拖缓了锂电池在所有领域的渗透率提升，给行业发展带来了消极的影响。

考虑到硫化锂成本在目前全固态电池材料成本占比高达30+%，是目前影响全固态电池的第一大类材料，且电池级硫化锂粉体供给企业数量少，供给产能有限。如果全固态电池一旦超预期落地，未来电池级硫化锂是否有可能重现如2021-22年碳酸锂由于严重供不应求造成的价格狂飙现象呢？

笔者认为不是完全不可能。首先，硫化锂制造工艺方面，目前无论是高温碳还原法、金属锂和硫磺还原法还是硫化氢高温还原法，都尚未满足大规模、低成本地生产高纯电池级硫化锂要求；其次是硫化锂作为固态电解质的核心原材料，其产品的改善极度依赖下游电池厂的验证和反馈，需要配合电池厂的prototype升级而定制改造，能够具备该研发条件的企业凤毛麟角。最后，下游电池厂和上游材料厂存在一定预期差，导致目前材料厂扩产改造的积极性不足，未来有可能会造成上游原材料供给落后于下游订单形成节奏。

值得注意是，传统锂业巨头已加速入局该领域，如天齐锂业22年宣布已完成下一代固态电池用硫化锂扩大试验前期工作，硫化锂产品纯度提高到99.9%。赣锋锂业则实现电池级硫化锂到LPSC电解质，再到全固态电芯的闭环布局，硫化锂日产能可达公斤级。未来硫化锂究竟会如何发展，还需拭目以待。

文章来源：围锂时光

注：本站转载的文章大部分收集于互联网，文章版权归原作者及原出处所有。文中观点仅供分享交流，如涉及版权等问题，请您告知，我将及时处理。