硫化鋰小試設(shè)備
在全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化征途中，硫化物路線技術(shù)突破不斷提速�！叭虘B(tài)電池具備能量密度更高、安全性更好、循環(huán)壽命更長等諸多優(yōu)勢，是業(yè)內(nèi)公認的理想的下一代鋰電池創(chuàng)新技術(shù)�！睒I(yè)內(nèi)人士分析指出，在眾多的全固態(tài)電池技術(shù)路線中，硫化物固態(tài)電解質(zhì)具備較高的離子電導(dǎo)率優(yōu)勢，且質(zhì)地軟容易加工，是當(dāng)下技術(shù)突破的關(guān)鍵方向。
與氧化物、聚合物等固態(tài)電解質(zhì)相比，硫化物電解質(zhì)具有較高的鋰離子電導(dǎo)率，室溫離子電導(dǎo)率可以達到10⁻³~ 10⁻²S/cm，其離子電導(dǎo)率最接近液態(tài)電解質(zhì)。
作為極具發(fā)展前景的一條技術(shù)路線，硫化物全固態(tài)電池獲得國內(nèi)外新能源產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的共同關(guān)注。目前包括比亞迪、廣汽、一汽、長安、豐田、本田、寶馬、福特，以及寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、松下、三星SDI等眾多國內(nèi)外車企和電池廠商，都在廣泛布局硫化物全固態(tài)電池。
不少業(yè)內(nèi)大佬也力挺硫化物全固態(tài)電池。比如，中國科學(xué)院院士歐陽明高就指出，當(dāng)前全固態(tài)電池的技術(shù)路線，要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)，匹配高鎳三元正極和硅碳負極的技術(shù)路線，以比能量400Wh/kg、循環(huán)壽命1000次以上為性能目標(biāo)，確保2027年實現(xiàn)轎車小批量裝車，2030年實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。
硫化物全固態(tài)電池市場應(yīng)用前景廣闊。據(jù)業(yè)內(nèi)機構(gòu)預(yù)測，未來硫化物全固態(tài)電池市場規(guī)模將從2027年的2GWh增長到2030年到43GWh。隨著生產(chǎn)成本的降低，預(yù)計2030年以后，其市場規(guī)模將持續(xù)爆發(fā)式增長，到2035年將有望增長到494GWh。無論是機器人、可穿戴設(shè)備、航天設(shè)備、電動汽車等領(lǐng)域，硫化物固態(tài)電池都將大展身手。
固態(tài)電池的優(yōu)勢
固態(tài)電池正是可以以突破性的能量密度（可達500Wh/kg）、本質(zhì)安全特性和出色的低溫性能，突破傳統(tǒng)電池最明顯的短板，成為下一代技術(shù)路線。
當(dāng)前四大技術(shù)體系中，氧化物固態(tài)電池的性能與成本相對綜合，聚合物具有加工性好、界面相容性好等優(yōu)勢，硫化物因高離子電導(dǎo)率備受青睞，而鹵化物仍需突破成本與工藝瓶頸。
硫化物固態(tài)電池是當(dāng)下的主流
2025 年 2 月，中國科學(xué)院院士歐陽明高表示當(dāng)前全固態(tài)電池的技術(shù)路線，主 要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)，并預(yù)測第一代（石墨/低硅負極）全固態(tài)電池將于 2025~2027 年實現(xiàn)量產(chǎn)。
硫化物路線的主要優(yōu)點有：1）高離子電導(dǎo)率：接觸性好，能達到>10^(−3) S/cm，高鋰離 子遷移數(shù)(tLi+接近于 1)；2）電化學(xué)穩(wěn)定窗口較寬；3）固固接觸好：粒子比較柔軟，固固 接觸容易形成面接觸；4）能量密度高：采用高容量負極材料和高電壓正極材料，理論達 500Wh/kg；5）倍率性能好。
制備硫化鋰的方法
目前制備硫化鋰的主要方法有四類：球磨法、溶劑法、高溫高壓法、直接碳復(fù)合法。由于硫、鋰兩種元 素在自然界的多元賦存形態(tài)，硫化鋰合成前體的選擇呈現(xiàn)多樣性，衍生出鋰 硫化合法、碳熱還原法、水合肼還原法、液相復(fù)分解法及硫化氫中和法等不 同工藝路線。
1. 機械球磨法：在惰性氣氛下，將單質(zhì)硫和金屬鋰/氫化鋰按比例混合后進 行機械球磨反應(yīng)得到硫化鋰。其具有工藝簡單、環(huán)境友好、無廢液產(chǎn)生。但也存 在原料成本高(氫化鋰)反應(yīng)時間長、轉(zhuǎn)化率較低，所得產(chǎn)品存在雜項如多硫化鋰 等，不易提純，產(chǎn)業(yè)化設(shè)備不易選型等缺點。
2. 液相法（溶劑法）：將鋰/鋰化合物和硫/硫化合物在溶劑介質(zhì)中混合反應(yīng)制備硫化 鋰。溶劑選用有機溶劑或液氨；有機溶劑多選用脂肪烴、芳香烴或醚溶劑等，比 如乙醇、已烷、甲苯、乙醚、四氫呋喃、氮甲基吡咯烷酮等。液相反應(yīng)充分完全， 不易殘留雜質(zhì)，產(chǎn)品提純?nèi)菀�；不需要高溫處理，能耗較��；工藝簡單，工況較 易控制。但是，有機溶劑易燃、易爆、易揮發(fā)，環(huán)境污染嚴重，不易回收；工沉 危險性高，較難控制。
3. 氣相法（高溫高壓法）：在惰性/還原保護氣氛下，高溫、高壓使鋰/鋰化合物和硫/硫化 合物通過還原或氣相等反應(yīng)制備硫化鋰。該工藝流程簡單，無有害氣體產(chǎn)生，且 有效利用了高溫高壓密閉反應(yīng)的優(yōu)勢，避免有害溶劑泄漏，大大縮短了制備流程。 但是高溫、高壓，工況控制不易，設(shè)備選型要求高，增加了反應(yīng)過程及后處理的風(fēng)險。
4. 碳熱還原法（直接碳復(fù)合法）： 利用碳的強還原性，在制備硫化鋰的反應(yīng)中直接加入碳材 料/碳材料前驅(qū)體，一步法合成分散均勻、性能良好、形貌可控的硫化鋰/碳復(fù)合 材料。該工藝反應(yīng)更易控制，解決了因硫化鋰遇水、氧敏感而導(dǎo)致的生產(chǎn)和儲運困難的問題；提高了產(chǎn)品收率和性能，改善了傳統(tǒng)硫化鋰/碳復(fù)合材料制備工序復(fù)雜的現(xiàn)狀，提高了活性材料在鋰硫電池正極中的分散性，提升了鋰硫電池的電化 學(xué)性能。但是，該技術(shù)尚需優(yōu)化完善，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，復(fù)合材料形貌可控性較差。
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