国家政策提出较高预期，现有锂电材料性能接近极限。随着智能网联电动车和电化学储能需求持续增长，高能量密度和高安全性已经成为客户重点关注要点。国家更是颁布相关有力政策助力其高质量有序发展，如《中国制造2025》提出，单体电芯比能量要在2020年达到300Wh/kg，2025年达到400Wh/kg，2030年达到500Wh/kg。但是，市面上的高容量电池体系现阶段很难达到400wh/kg，目前基于氧化物正极与石墨负极的传统锂离子电池的能量密度越来越接近其理论上限，即使搭配上“高镍+硅碳”的高配组合，能量密度也只能在360wh/kg左右。固态电解质可以在正负极搭配更高比能的材料，大幅提升能量密度至500Wh/kg左右的同时具备更高的安全性。
图1 动力电池技术发展趋势
其中，锂硫电池作为一种具有极高理论能量密度的新型电池体系，近年来受到业内的广泛关注与研究。近期青岛能源所开发出了一种高容量硫化物复合正极材料，其比容量是当前三元正极的5倍以上。这一成果不仅为全固态锂硫电池的正极结构设计提供了一种新策略，也有助于全固态锂硫电池实现商业化应用。
硫化物全固态电池是世界前沿技术，有望颠覆性解决传统有机电解液电池易燃、易爆等安全性问题，并突破充电速度慢、低温性能差、能量密度低等瓶颈。
目前锂电研究取得了一些重要进展，比如采用硫化物固态电解质、以硫化锂作为正极，可将电池能量密度提升至液态锂电池的两倍。中远期内，如采用“硫正极+金属锂负极”组合，电池能量密度有望进一步提升。硫化锂和硫被视为全固态电池未来正极材料的最优选择。然而，锂硫电池的研究目前仍面临棘手挑战。比如硫的导电性差、多硫化物的穿梭效应以及电极的稳定性等问题依然有待解决。为推动锂硫电池技术改进，提升性能指数，未来的研究方向主要聚焦以下几方面：1、持续优化锂、硫化锂等正极材料的设计，提高硫及硫化物的利用率和稳定性；2、继续健全硫化物固态电解质体系，满足锂硫电池的特殊需求；3、保持加强隔膜的研究，提高其对多硫化物的阻隔性能；4、深入建立健全锂硫电池全生命周期管理机制，动态提供研究数据和理论指导，以保障电池性能提升；5、加强产学研合作模式，加速硫电池的产业化和商业化进程。
电池能量密度将向400Wh/kg及以上升级以增加eVTOL航程，实现路径包括更新电极材料、电池组紧凑化等。未来eVTOL飞行器最少应具备大于100英里（约160km）的有效航程，据其换算电池最少需要约230Wh/kg的能量密度，但考虑到飞行器动力系统的效率、冗余电量需求及电池包的设计水平等因素，只有50%-60%的能量密度水平在飞行中是有效的，因此整个电池组的比能量应达到380-460Wh/kg（即400Wh/kg左右）才能满足需求。
目前eVTOL用电池的能量密度已到285Wh/kg，仍需通过：1）使用更先进的电极材料（如锂硫电池）；2）使用更紧凑的电池组设计来提升能量密度，为eVTOL提供更高的航程。
图2 Li-S Energy开发20层锂硫电池（能量密度超过400Wh/kg）鉴于传统液态锂电池在安全性、能量密度及充电效率等方面遇到发展瓶颈，锂硫电池作为固态电池升级版本，可以为动力电池提供更具竞争力的高比能、安全保障及低温性等优势，具有广阔的应用前景。但仍需要解决正极材料、负极材料、固态电解质等关键材料的现存问题，推动其在能源领域的实际应用。
