固态电池本质上是采用固态电解质替代电解液和隔膜，从而提高电池的安全性和能量密度。从结构来看，固态电池主要由正极、负极、固态电解质等关键材料构成，其中固态电解质是全固态锂电池技术的核心，直接影响电池的功率密度、能量密度、循环寿命等关键性能指标。
根据固态电解质对固态电池进行分类，可以分为硫化物基固态电池、氧化物基固态电池、聚合物基固态电池和卤化物基固态电池。能否实现全固态锂电池的大规模低成本生产，取决于固态电解质材料的选择。从性能要求和电解质的选择来看，关键挑战在于如何平衡高室温离子电导率、低成本、良好的化学/电化学稳定性、高热稳定性、优良的可加工性与高机械强度等性能需求。
无机固态电解质具备较高的离子电导率和热稳定性，复合材料固态电解质的加工性能更好但电化学性能相对较差。从应用性能的角度来看，氧化物和硫化物表现相对更好，氧化物的锂离子迁移数、氧化稳定性、热稳定性、电子电导率方面优势明显但可加工性方面较弱，硫化物的锂离子迁移数、电子电导率、离子电导率优势明显但化学稳定性相对较差，卤化物虽然也有部分性能突出但缺陷也较为明显。
从汽车和电池企业的选择情况来看，目前硫化物和氧化物为主流技术路线。全球固态电池的研发主要分中国、日韩和欧美三大阵营。从发展历程上来看，日韩企业布局固态电池起步较早，目前在技术上处于领先地位，全球前十的固态电池专利都被日韩企业所包揽。丰田三星、松下、出光兴产和住友等都是该领域的代表企业，丰田主导了硫化物全固态电池的量产推进。在技术路径的选择上，日韩企业更倾向于硫化物体系，欧美企业更偏向于氧化物和聚合物，我国的技术路线选择相对更加多样化，但是最主流的仍然是硫化物和氧化物。根据 EV Tank 公布的统计数据，全球固态电池企业选择硫化物的占比为 38%，选择氧化物的占比为 32%，选择聚合物的有 22%。
1、硫化物：产品体系丰富，硫化锂为核心材料
硫化物在固态电池的应用中展现了性能优势，未来发展潜力相对较大。硫化物固体电解质在室温下具有较高的离子电导率（10-4-10-2S/cm），接近甚至超过液态电解质的高离子电导率（10-3-10-2S/cm），同时还且具有可忽略的电子电导率和良好的力学性能，机械柔软易加工，界面阻抗较低，有利于全固态电池中电极/电解质形成良好的固-固接触界面，从而优化全固态电池的循环稳定性。虽然硫化物被认为是最有望率先实现商业化的全固态电解质之一，但仍然存在空气稳定性差、制备工艺难度大、批次性差、成本高等问题。因此，过去十来年期间，许多研究致力于开发出具有高离子电导率、宽电化学窗口，具有良好化学稳定性和空气稳定性的理想固体电解质材料。
硫化物电解质性能优势明显，根据结晶状态主要可细分为 5 类。从化学原理上来看，硫化物电解质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，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、硫银锗矿型及 LGPS 型。
硫化锂始终作为必备核心原料组分参与材料体系构建，未来需求有望快速增长。虽然硫化物固态电解质材料种类丰富，但通过材料体系溯源分析可以发现不论是在哪种体系中硫化锂都是其中的核心原料。《硫化锂：全固态电池时代的“基石”材料》一文中，以 Li6PS5CI 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。
Li6 PS5CI 电解质粉体制造的核心成本项为硫化锂
来源：《硫化锂：全固态电池时代的“基石”材料》、国金证券研究所
基于吨级 Li6PS5CI 产线的成本敏感性分析，硫化锂的原料成本构成比高达 82%，这一数值直观印证其作为核心成本项的产业地位，未来随着硫化物电池的出货增长将直接拉动对硫化锂的需求快速向上。按照我国政府对硫化物全固态电池的产业规划，2027 年硫化物全固态电池将装车 3000 辆，实现小规模量产。据此估算，基准场景下电解质需求量约 300-500 吨量级，对应产生 100-200 吨级硫化锂原材料需求基数，叠加应用发展带动的市场需求，硫化物全固态电池关键材料市场容量预计呈现数量级跃升。
硫化锂的产品指标是后续硫化物固态电解质的合成工艺及产物性能的关键性制约要素。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，因此纯度参数尤为关键。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。
硫化锂合成前体选择的多样性衍生出不同的制备工艺路线，且不同路线的成本差距明显。由于硫、锂两种元素在自然界的赋存形态多元，因而在制备硫化锂时，锂源和硫源的选择具有显著多样性。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，一般可和单质硫直接反应生成硫化锂；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，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。
上述反应均遵循明确的热力学可行性路径，而动力学条件的改变如改变产物的浓度等方法，也可以促进硫化锂制备反应的正向进行，如硫化钠和无机锂盐的复分解反应，通过控制反应物以及产物的溶解度实现反应正向进行。《硫化锂：全固态电池时代的“基石”材料》中对各种路线的成本进行了对比测算，其中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，主要源于锂源一样；复分解工艺的核心原料水合硫化钠的价格较高；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。
碳热还原、水合肼还原和复分解工艺路线的综合优势较为明显，产业化实践已进入工程验证阶段。在《硫化锂：全固态电池时代的“基石”材料》中基于产业化工程实施视角，以原料是否易得、原料成本、工艺成本、安全性和产品指标这五个方面对不同工艺路线的量产前景进行全面评价。对比来看，虽然锂硫化合工艺的产品指标最为突出，但安全性差且成本高，因而只是产业化早期实现小批量供应的主要路线；硫化氢中和工艺虽然成本和性能兼具，但原料难以获得且安全性较差；碳热还原、水合肼还原和复分解工艺这 3 条路线在原料、成本、安全和性能方面实现了较好的平衡。
硫化锂为硫化物路线的核心材料，多家锂电材料相关企业开始重点布局。从布局时间来看，赣锋锂业布局相对较早，在 2022 年建成首条生产线，并于 2024 年产能再度扩张，目前公司产品纯度达 99.9%、粒径 D50≤5μm，已向 20 余家客户供货；目前产线建设节奏相对较快的有光华科技和恩捷股份，光华科技目前具备 300 吨的硫化锂相关固态电池材料产品产能，恩捷股份下属子公司湖南恩捷前沿的百吨级硫化锂中试线搭建完成目前产能爬坡中。天齐锂业、厦钨新能、泰和科技、容百科技、天赐材料等多家企业产品处于中试和下游验证阶段，此外上海洗霸也通过收购获得了有研新材旗下子公司有研稀土的硫化锂业务相关资产，从而实现对硫化物技术路线的核心材料布局。随着行业趋势逐渐清晰布局企业也开始变多，建议关注具备技术、成本和规模优势的企业。
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2、氧化物：离子电导率适中且稳定性强，产业化进展持续推进
氧化物电解质的离子电导率仅次于硫化物，并且氧化稳定性和热稳定性均较强。按照结构来划分，氧化物系固态电解质可分为 NASICON 结构、石榴石结构、钙钛矿结构、非晶态结构等。对比来看，虽然不同类型的氧化物电解质具备相当的离子电导率，但也都分别存在着晶界电导率有限、对水和二氧化碳敏感、与电极之间固-固界面相容性差等问题。因而需要围绕提高电解质材料的电导率、对电极-电解质界面性能的调控与优化这两个关键点进一步深化研究，从而更好的推动氧化物电解质的性能优化和产业化应用。
氧化物路线作为目前两大主流技术之一，电池材料相关的企业也开始纷纷布局。从企业布局和技术路线的选择情况来看，上海洗霸、赣锋锂业、当升科技和容百科技同时押注了多条路线，对氧化物和硫化物等固态电解质材料均有布局；重点布局氧化物电解质材料的主要是三祥新材、国瓷材料、贝特瑞和璞泰来，其中贝特瑞和璞泰来均已实现了规模化量产和出货。
3、聚合物：加工性较好，电化学性能偏弱导致应用有限
聚合物固态电解质主要由聚合物基体和锂盐组成，具有良好的柔韧性、轻量化、可扩展性、可机械加工性和界面相容性。常见的聚合物基体包括聚环氧乙烯（PEO）、聚偏氟二乙烯（PVDF）、聚偏氟二乙烯共六氟丙烯（PVDF-HFP）、聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。对比不同类型的聚合物固态电解质性能可以发现，聚合物电解质普遍具有良好的柔性和可加工性，适用于可穿戴设备等的固态电池；但空温离子电导率低，导致电池倍率性能及功率密度均较低；并且热稳定性较差，使其对电池工作温度的变化范围有较严格的要求；而且部分聚合物电解质的力学强度较低，当负极为锂金属时难以阻止锂枝晶生长。
成本端来看，由于锂盐对湿度敏感,合成过程须在干燥条件下进行，一定程度地增加了生产成本。性能和成本的双重问题导致当前聚合物电解质在固态电池中的应用相对受限。
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