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商業(yè)化層層推進(jìn)，該追求平衡還是極致？
近期，固態(tài)電池在eVTOL領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)升溫。孚能科技、力神電池密集披露了其在低空飛行器領(lǐng)域的固態(tài)電池產(chǎn)品進(jìn)展，再次將行業(yè)目光聚焦于此。孚能科技第二代半固態(tài)電池采用高鎳三元正極搭配摻硅負(fù)極，能量密度達(dá)330Wh/kg、循環(huán)壽命超過4000圈，完成DV（設(shè)計(jì)驗(yàn)證）與PV（產(chǎn)品驗(yàn)證）測試，向低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域頭部客戶送樣并獲認(rèn)可。
基于此，公司已獲得上海時(shí)的、零重力等國內(nèi)客戶定點(diǎn)，并與吉利沃飛達(dá)成戰(zhàn)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(shí)產(chǎn)品能量密度為285Wh/kg，支持320km/h最高時(shí)速和250km巡航里程，電芯循環(huán)壽命超過10000次。力神電池則表示，公司2024年實(shí)現(xiàn)交付1萬支能量密度達(dá)325Wh/kg的軟包聚合物eVTOL電芯，該產(chǎn)品能夠滿足高安全性、1000次以上循環(huán)壽命、2噸級大噸位飛行器起降的需求。
此前，包括寧德時(shí)代、中創(chuàng)新航、國軒高科、欣旺達(dá)、比克電池等傳統(tǒng)鋰電池廠商，以及上海洗霸、欣界能源、金羽新能等固態(tài)電池新入局者，已針對eVTOL或低空飛行場景開發(fā)了更高性能的電池產(chǎn)品。高工鋰電觀察到，在當(dāng)前技術(shù)條件下，各家電池企業(yè)采取了不同的技術(shù)路線，在能量密度、功率輸出、循環(huán)壽命等核心指標(biāo)間尋求突破。需求明確但挑戰(zhàn)嚴(yán)峻eVTOL對電池提出了超越傳統(tǒng)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(fā)布的《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要（2023—2035年）》提出，以2025年實(shí)現(xiàn)400Wh/kg級鋰電池產(chǎn)品量產(chǎn)、500Wh/kg級產(chǎn)品小規(guī)模驗(yàn)證為攻關(guān)方向。這一目標(biāo)背后，是低空飛行對重量與續(xù)航的剛性要求：低空飛行對重量的要求按克計(jì)算，極為嚴(yán)苛；eVTOL百公里耗電量高達(dá)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(tài)下仍需保持大功率輸出以確保安全降落，要求30%SOC時(shí)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(xù)放電，飛行階段多旋翼需1-2C，復(fù)合翼至少需0.5C，同時(shí)出于安全考慮，部分飛行器要求在飛行階段之外仍需預(yù)留20%電池容量。
“技術(shù)路線”分化
面對這些挑戰(zhàn)，電池企業(yè)在技術(shù)體系構(gòu)建上采取了不同的側(cè)重：大圓柱產(chǎn)品工藝更為成熟，且在快充快放方面具有優(yōu)勢。如中創(chuàng)新航4695大圓柱形態(tài)半固態(tài)電池從300Wh/kg迭代至350Wh/kg，支持10C+持續(xù)放電，可為8噸級eVTOL提供動力。國軒高科采用半固態(tài)軟包和4695大圓柱雙線布局，其中大圓柱產(chǎn)品則在快充和循環(huán)壽命方面突出，具備5C、120秒連續(xù)功率放電能力，室溫下循環(huán)壽命達(dá)1500次。比克電池同樣采取全極耳圓柱和半固態(tài)雙線布局：2170和4680分別實(shí)現(xiàn)300Wh/kg、310Wh/kg能量密度，小圓柱支持8C持續(xù)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(fù)責(zé)起到降低內(nèi)阻、提高倍率、降低溫升的效果。
半固態(tài)路線相較于大圓柱，能量密度優(yōu)勢更為突出。寧德時(shí)代第二代凝聚態(tài)電池（未正式發(fā)布）據(jù)稱能量密度可達(dá)450Wh/kg，采用高鎳三元和高含量摻硅負(fù)極，處于A樣測試階段。國軒高科、比克電池、上海洗霸半固態(tài)體系產(chǎn)品均達(dá)320Wh/kg能量密度，另外國軒高科產(chǎn)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(jì)劃進(jìn)一步突破390Wh/kg、450Wh/kg能量密度，最終過渡到全固態(tài)。上海洗霸eVTOL用半固態(tài)電池支持循環(huán)壽命超1000次，支持5C放電，峰值功率密度達(dá)2.5kW/kg。欣旺達(dá)Gen1、Gen2航空電池采用半固態(tài)技術(shù)，能量密度最高可達(dá)380Wh/kg。
但鋰金屬負(fù)極體系才是通往更高能量密度的關(guān)鍵路徑。如欣界能源"獵鷹"電池基于鋰金屬負(fù)極，在55Ah規(guī)格下突破450Wh/kg，支持4C放電，搭載億航智能eVTOL飛行器已實(shí)現(xiàn)續(xù)航翻倍。金羽新能半固態(tài)電池搭載于廣汽GOVYAirJet上，則可實(shí)現(xiàn)200公里航程。盟維科技鋰金屬軟包電池（采用電解液）達(dá)到400Wh/kg以上，支持持續(xù)10C放電。
商業(yè)化落地：平衡還是極致？
從市場布局來看，有不少企業(yè)已與下游達(dá)成合作：如寧德時(shí)代對接峰飛航空（戰(zhàn)投）、中創(chuàng)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(chǎn)品性能來看，當(dāng)前eVTOL電池產(chǎn)品能量密度多在400Wh/kg以下，且各項(xiàng)指標(biāo)參差不齊，400Wh/kg以上主要依賴鋰金屬負(fù)極實(shí)現(xiàn)。
產(chǎn)品策略上，半固態(tài)在能量密度上具有優(yōu)勢，大圓柱更有利于快充快放，但兩者在工程化環(huán)節(jié)分別面臨成本和良率控制挑戰(zhàn)。另據(jù)GGII指出，乘用車對大圓柱需求遠(yuǎn)大于eVTOL市場，可能出現(xiàn)"搶單競爭"。
在實(shí)際應(yīng)用中，eVTOL電池的各項(xiàng)指標(biāo)之間存在明顯的技術(shù)權(quán)衡。以高能量密度為例，有研發(fā)人員指出，雖然三元高鎳正極材料是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要途徑，但無論在液態(tài)還是半固態(tài)電池體系中，其安全性難以完全滿足航空應(yīng)用在極端條件下的高容錯(cuò)性要求。同樣的制約也體現(xiàn)在能量密度與功率輸出的平衡上。業(yè)內(nèi)人士指出，300Wh/kg的能量密度雖已相對成熟，但難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)6C/60s的持續(xù)高倍率放電；反之，若優(yōu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝等多個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)協(xié)同并進(jìn)。
當(dāng)前市場對產(chǎn)品綜合性能訴求也呈現(xiàn)出較大差異。據(jù)觀察，終端飛行器廠商對循環(huán)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(rèn)為提升快充能力可以增加單位時(shí)間內(nèi)的運(yùn)營或服役次數(shù)，從而提高經(jīng)濟(jì)性。以上現(xiàn)狀折射出eVTOL用電池當(dāng)下發(fā)展的邏輯：在技術(shù)尚未完全突破前，企業(yè)推動商業(yè)化進(jìn)程似乎更注重各項(xiàng)指標(biāo)的平衡，而非逐一指標(biāo)的極致追求。從"確保安全起降"到"提升航程"再到"優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性"，或?qū)⒊蔀閑VTOL行業(yè)現(xiàn)實(shí)演進(jìn)的大眾路徑。
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