近期,固態電池在eVTOL領域的應用持續升溫。孚能科技、力神電池密集披露了其在低空飛行器領域的固態電池產品進展,再次將行業目光聚焦于此。
孚能科技第二代半固態電池采用高鎳三元正極搭配摻硅負極,能量密度達330Wh/kg、循環壽命超過4000圈,完成DV(設計驗證)與PV(產品驗證)測試,向低空經濟領域頭部客戶送樣并獲認可。基于此,公司已獲得上海時的、零重力等國內客戶定點,并與吉利沃飛達成戰略合作。
值得注意的是,孚能早在2023年已向美國頭部客戶交付eVTOL電池,彼時產品能量密度為285Wh/kg,支持320km/h最高時速和250km巡航里程,電芯循環壽命超過10000次。
力神電池則表示,公司2024年實現交付1萬支能量密度達325Wh/kg的軟包聚合物eVTOL電芯,該產品能夠滿足高安全性、1000次以上循環壽命、2噸級大噸位飛行器起降的需求。
此前,包括寧德時代、中創新航、國軒高科、欣旺達、比克電池等傳統鋰電池廠商,以及上海洗霸、欣界能源、金羽新能等固態電池新入局者,已針對eVTOL或低空飛行場景開發了更高性能的電池產品。
高工鋰電觀察到,在當前技術條件下,各家電池企業采取了不同的技術路線,在能量密度、功率輸出、循環壽命等核心指標間尋求突破。
需求明確但挑戰嚴峻
eVTOL對電池提出了超越傳統動力電池的性能要求。首先是能量密度方面,工信部等四部門發布的《綠色航空制造業發展綱要(2023—2035年)》提出,以2025年實現400Wh/kg級鋰電池產品量產、500Wh/kg級產品小規模驗證為攻關方向。
這一目標背后,是低空飛行對重量與續航的剛性要求:低空飛行對重量的要求按克計算,極為嚴苛;eVTOL百公里耗電量高達65度,而汽車僅需12-18度,相同電池包下航程僅為汽車的1/4。
功率需求同樣更高也更特殊。如國軒高科指出,eVTOL在低剩余電量狀態下仍需保持大功率輸出以確保安全降落,要求30%SOC時具備12C放電能力。
不同場景對放電倍率要求也有差異:如起降需高于5C持續放電,飛行階段多旋翼需1-2C,復合翼至少需0.5C,同時出于安全考慮,部分飛行器要求在飛行階段之外仍需預留20%電池容量。
“技術路線”分化
面對這些挑戰,電池企業在技術體系構建上采取了不同的側重:
大圓柱產品工藝更為成熟,且在快充快放方面具有優勢。如中創新航4695大圓柱形態半固態電池從300Wh/kg迭代至350Wh/kg,支持10C+持續放電,可為8噸級eVTOL提供動力。
國軒高科采用半固態軟包和4695大圓柱雙線布局,其中大圓柱產品則在快充和循環壽命方面突出,具備5C、120秒連續功率放電能力,室溫下循環壽命達1500次。
比克電池同樣采取全極耳圓柱和半固態雙線布局:2170和4680分別實現300Wh/kg、310Wh/kg能量密度,小圓柱支持8C持續放電,10分鐘可充至80%,適用于輕型純電動力eVTOL;大圓柱則最快13分鐘可將電量從10%充至80%。全極耳工藝負責起到降低內阻、提高倍率、降低溫升的效果。
半固態路線相較于大圓柱,能量密度優勢更為突出。寧德時代第二代凝聚態電池(未正式發布)據稱能量密度可達450Wh/kg,采用高鎳三元和高含量摻硅負極,處于A樣測試階段。
國軒高科、比克電池、上海洗霸半固態體系產品均達320Wh/kg能量密度,另外國軒高科產品可在30%SOC下保持4.5kW/kg功率密度、20%SOC下保持超3kW/kg功率密度,比克則計劃進一步突破390Wh/kg、450Wh/kg能量密度,最終過渡到全固態。上海洗霸eVTOL用半固態電池支持循環壽命超1000次,支持5C放電,峰值功率密度達2.5kW/kg。
欣旺達Gen1、Gen2航空電池采用半固態技術,能量密度最高可達380Wh/kg。
但鋰金屬負極體系才是通往更高能量密度的關鍵路徑。如欣界能源"獵鷹"電池基于鋰金屬負極,在55Ah規格下突破450Wh/kg,支持4C放電,搭載億航智能eVTOL飛行器已實現續航翻倍。金羽新能半固態電池搭載于廣汽GOVYAirJet上,則可實現200公里航程。盟維科技鋰金屬軟包電池(采用電解液)達到400Wh/kg以上,支持持續10C放電。
商業化落地:平衡還是極致?
從市場布局來看,有不少企業已與下游達成合作:如寧德時代對接峰飛航空(戰投)、中創新航綁定小鵬匯天、孚能科技牽手吉利沃飛、國軒高科和欣界能源合作億航智能(欣界已獲訂單)、金羽新能配套廣汽飛行汽車等。
但回歸產品性能來看,當前eVTOL電池產品能量密度多在400Wh/kg以下,且各項指標參差不齊,400Wh/kg以上主要依賴鋰金屬負極實現。產品策略上,半固態在能量密度上具有優勢,大圓柱更有利于快充快放,但兩者在工程化環節分別面臨成本和良率控制挑戰。另據GGII指出,乘用車對大圓柱需求遠大于eVTOL市場,可能出現"搶單競爭"。
在實際應用中,eVTOL電池的各項指標之間存在明顯的技術權衡。以高能量密度為例,有研發人員指出,雖然三元高鎳正極材料是實現這一目標的主要途徑,但無論在液態還是半固態電池體系中,其安全性難以完全滿足航空應用在極端條件下的高容錯性要求。
同樣的制約也體現在能量密度與功率輸出的平衡上。業內人士指出,300Wh/kg的能量密度雖已相對成熟,但難以同時實現6C/60s的持續高倍率放電;反之,若優先滿足6C/60s的功率要求,能量密度則需降至270-280Wh/kg左右。不同性能之間的矛盾,涉及電池材料、結構設計和制造工藝等多個環節的技術協同并進。
當前市場對產品綜合性能訴求也呈現出較大差異。據觀察,終端飛行器廠商對循環壽命的要求從400-500次到10000次以上不等;部分電池廠商還將快充能力納入考慮范圍,認為提升快充能力可以增加單位時間內的運營或服役次數,從而提高經濟性。
以上現狀折射出eVTOL用電池當下發展的邏輯:在技術尚未完全突破前,企業推動商業化進程似乎更注重各項指標的平衡,而非逐一指標的極致追求。從"確保安全起降"到"提升航程"再到"優化經濟性",或將成為eVTOL行業現實演進的大眾路徑。