发力eVTOL 谁能捧得下一代动力电池技术“圣杯”?

hamycui

摘要

在高比能、高倍率、高安全等方面性能上，eVTOL的“既要又要”上了新高度。

马斯克2019年表示，早已有开发电动飞机的想法，他认为要实现电动飞机的商用，电池技术的改进是关键，能量密度门槛为400Wh/kg ，突破的时间约5年。

2021年，马斯克再次提及造电动飞机，电池能量密度门槛对比2019年上调到450-500Wh/kg水平，这对彼时的特斯拉而言需要在254Wh/kg的基础上翻倍。

来到2024，如马斯克所言，全球空域电动化迎来拐点。以电动垂直起降（eVTOL）飞行器来连接城市中各点，打造空中交通被提上日程。

这看似遥远，但在2019年“全球无人机第一股”之后，围绕eVTOL命题已在全球涌现“首飞”“首个商业eVTOL服务计划区”“首张eVTOL-TC”等系列0-1的突破。在交通电动化的新故事中，eVTOL已成为不可忽视的变量。

俯瞰陆地电动化市场，锂电池在全球范围内大规模、高增速渗透，过程中有三元/铁锂之争、卷/叠之争、圆柱/刀片之争，为争夺装机份额疯狂内卷。

卷市占另一面，是以技术创新驱动的市场增量挖掘。据预计，eVTOL行业的市场规模在2025年达到350亿美元，2030年增至3000 亿美元，2040年有望超过万亿美元。

于动力电池而言，eVTOL在动力电池各项性能指标要求发生“质变”，新一轮的探索正将电动化市场从海洋、陆地向天空升维。

eVTOL市场动力需求“抬头”

对于eVTOL发展，分析指出，在电池、电机、制造、通讯、智能驾驶系统等各项eVTOL的要素之中，电池或成落地短板。

从需求看来，eVTOL对动力电池的性能要求比电动汽车更高，在高比能、高倍率、高安全等方面性能上，eVTOL的“既要又要”上了新高度。

能量密度方面，从电池企业投入eVTOL应用的产品看来，目前eVTOL电池已来到285Wh/kg水平，对比乘用车三元电池（200Wh/kg）高出四成，更是乘用车铁锂电池（140Wh/kg）的两倍。即便如此，285Wh/kg的性能指标还尚不能满足要求，为满足基本的续航，能量密度还需持续上探。

倍率方面，起降的特殊场景要求eVTOL电池的瞬间充放电倍率须在5C以上，而乘用车动力电池在倍率性方面仍处在从1.3-1.7C向1.7-2.5C的迈进阶段。

安全方面，高空巡航让eVTOL对电池的要求前所未有地严苛。以美国联邦航空管理局(FAA)的规则为例，电池系统能够控制任何故障，在损坏飞机的基础上允许飞机安全着陆。而乘用车关于电池热失控的要求则为进入热失控状态后为车内人员留有足够的逃生时间。

2023年下半年，市场中关于eVTOL动力电池的询单明显增多。现阶段体量虽小，但对于电池企业而言，eVTOL市场是锂电池动力化尖端技术的“必争之地”，对其的技术攻关是撬动海陆空全域电动化市场的杠杆。

电池企业集中加码

目前，全球范围内以全固态电池、锂金属电池为代表的先进电池技术正借由eVTOL市场孕育中。

近期消息，深耕软包电池的孚能科技已与国际知名的eVTOL制造商达成合作并已开始交付产品。据此前孚能科技披露消息显示，孚能科技应用于eVTOL的动力电池已可实现能量密度285Wh/kg，最高时速320km/h，单次最长巡航250km；工况测试，电芯可实现10000次以上循环。

包括孚能科技，国内动力电池企业集中发力。

宁德时代已于2023年7月19日与中国商飞、上海交大企业发展集团共同成立商飞时代（上海）航空有限公司，并在此前的2023年4月发布了凝聚态电池，能量密度突破500Wh/kg。

目前，宁德时代正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发，执行航空级的标准与测试，满足航空级的安全与质量要求。同时，公司还将推出凝聚态电池的车规级应用版本。

国轩高科与亿航智能于2023年末签订战略合作协议，双方将共同开发基于亿航智能eVTOL产品的动力电芯、电池包、储能系统和充电基础设施，探索产业协同发展新模式。

小鹏汽车全球首个电动垂起飞行汽车——汇天飞行汽车X3试验样车已在2022年10月成功首飞，而其9系高镍/硅体系动力电池由中创新航提供。

正力新能瞄准eVTOL市场的动力电池已可实现在320Wh/kg的高能量密度基础上，满足20% SOC，12C的大倍率放电以及5C恒流大倍率放电性能。目前，正力新能已与国内外多家头部电动飞机企业展开深入合作并开展航空适航认证。

此外，深耕先进动力电池技术的创新型企业正借eVTOL市场起势。

SES AI Corporation（下称SES）在2023年末宣布发力城市空中交通，其锂金属电池通过了过充、针刺、外部短路、热稳定系列测试，拿到了UN38.3（联合国危险货物运输专家委员会《试验和标准手册》第38.3节），该标准也从高温测试、低温测试、振动测试、冲击测试等方面，要求电池安全。

在SES care项目中，SES锂金属电池已搭载eVTOL在公益应用中取得良好表现。对于eVTOL市场，SES创始人兼首席执行官胡启朝在2023年向高工锂电表示，“一年之内SES要实现锂金属电池在eVTOL应用中落地。”

欣界能源此前推出的首款锂金属电池产品的能量密度达到450 Wh/kg。目前，公司已建成了200MWh的规模产线。

盟维科技单体级锂金属电芯能量密度已达500 Wh/kg以上，可通过高低温、短路、振动、过充过放等国际标准滥用测试。据盟维官方公众号消息，经过国际客户实景飞行测试，搭载盟维锂金属电池的行业无人机飞行时间延长超过70%。目前，盟维科技已陆续与国内外电动航空领域先进企业达成战略合作。​

从上述企业的布局看来，eVTOL市场的动力需求指向目前电池企业技术的最尖端——全固态电池。

应警惕的是，在海洋、陆地电动化市场中，动力电池技术是中国新能源汽车产业领跑全球的绝对供应链优势，但这一优势在eVTOL市场中能得以延续吗？

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高曾在2024年1月的公开论坛中表示对于全固态电池的研发要“防止被颠覆”。业内共识是，目前国内发展全固态电池产业在材料界面、工艺、产业链、设备各环节面临的挑战是巨大的，产学研各界还需协同创新。
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