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近期,固态电池在eVTOL领域的应用持续升温。孚能科技、力神电池密集披露了其在低空飞行器领域的固态电池产品进展,再次将行业目光聚焦于此。
孚能科技第二代半固态电池采用高镍三元正极搭配掺硅负极,能量密度达330Wh/kg、循环寿命超过4000圈,完成DV(设计验证)与PV(产品验证)测试,向低空经济领域头部客户送样并获认可。基于此,公司已获得上海时的、零重力等国内客户定点,并与吉利沃飞达成战略合作。
值得注意的是,孚能早在2023年已向美国头部客户交付eVTOL电池,彼时产品能量密度为285Wh/kg,支持320km/h最高时速和250km巡航里程,电芯循环寿命超过10000次。
力神电池则表示,公司2024年实现交付1万支能量密度达325Wh/kg的软包聚合物eVTOL电芯,该产品能够满足高安全性、1000次以上循环寿命、2吨级大吨位飞行器起降的需求。
此前,包括宁德时代、中创新航、国轩高科、欣旺达、比克电池等传统锂电池厂商,以及上海洗霸、欣界能源、金羽新能等固态电池新入局者,已针对eVTOL或低空飞行场景开发了更高性能的电池产品。
高工锂电观察到,在当前技术条件下,各家电池企业采取了不同的技术路线,在能量密度、功率输出、循环寿命等核心指标间寻求突破。
需求明确但挑战严峻
eVTOL对电池提出了超越传统动力电池的性能要求。首先是能量密度方面,工信部等四部门发布的《绿色航空制造业发展纲要(2023—2035年)》提出,以2025年实现400Wh/kg级锂电池产品量产、500Wh/kg级产品小规模验证为攻关方向。
这一目标背后,是低空飞行对重量与续航的刚性要求:低空飞行对重量的要求按克计算,极为严苛;eVTOL百公里耗电量高达65度,而汽车仅需12-18度,相同电池包下航程仅为汽车的1/4。
功率需求同样更高也更特殊。如国轩高科指出,eVTOL在低剩余电量状态下仍需保持大功率输出以确保安全降落,要求30%SOC时具备12C放电能力。
不同场景对放电倍率要求也有差异:如起降需高于5C持续放电,飞行阶段多旋翼需1-2C,复合翼至少需0.5C,同时出于安全考虑,部分飞行器要求在飞行阶段之外仍需预留20%电池容量。
“技术路线”分化
面对这些挑战,电池企业在技术体系构建上采取了不同的侧重:
大圆柱产品工艺更为成熟,且在快充快放方面具有优势。如中创新航4695大圆柱形态半固态电池从300Wh/kg迭代至350Wh/kg,支持10C+持续放电,可为8吨级eVTOL提供动力。
国轩高科采用半固态软包和4695大圆柱双线布局,其中大圆柱产品则在快充和循环寿命方面突出,具备5C、120秒连续功率放电能力,室温下循环寿命达1500次。
比克电池同样采取全极耳圆柱和半固态双线布局:2170和4680分别实现300Wh/kg、310Wh/kg能量密度,小圆柱支持8C持续放电,10分钟可充至80%,适用于轻型纯电动力eVTOL;大圆柱则最快13分钟可将电量从10%充至80%。全极耳工艺负责起到降低内阻、提高倍率、降低温升的效果。
半固态路线相较于大圆柱,能量密度优势更为突出。宁德时代第二代凝聚态电池(未正式发布)据称能量密度可达450Wh/kg,采用高镍三元和高含量掺硅负极,处于A样测试阶段。
国轩高科、比克电池、上海洗霸半固态体系产品均达320Wh/kg能量密度,另外国轩高科产品可在30%SOC下保持4.5kW/kg功率密度、20%SOC下保持超3kW/kg功率密度,比克则计划进一步突破390Wh/kg、450Wh/kg能量密度,最终过渡到全固态。上海洗霸eVTOL用半固态电池支持循环寿命超1000次,支持5C放电,峰值功率密度达2.5kW/kg。
欣旺达Gen1、Gen2航空电池采用半固态技术,能量密度最高可达380Wh/kg。
但锂金属负极体系才是通往更高能量密度的关键路径。如欣界能源"猎鹰"电池基于锂金属负极,在55Ah规格下突破450Wh/kg,支持4C放电,搭载亿航智能eVTOL飞行器已实现续航翻倍。金羽新能半固态电池搭载于广汽GOVYAirJet上,则可实现200公里航程。盟维科技锂金属软包电池(采用电解液)达到400Wh/kg以上,支持持续10C放电。
商业化落地:平衡还是极致?
从市场布局来看,有不少企业已与下游达成合作:如宁德时代对接峰飞航空(战投)、中创新航绑定小鹏汇天、孚能科技牵手吉利沃飞、国轩高科和欣界能源合作亿航智能(欣界已获订单)、金羽新能配套广汽飞行汽车等。
但回归产品性能来看,当前eVTOL电池产品能量密度多在400Wh/kg以下,且各项指标参差不齐,400Wh/kg以上主要依赖锂金属负极实现。产品策略上,半固态在能量密度上具有优势,大圆柱更有利于快充快放,但两者在工程化环节分别面临成本和良率控制挑战。另据GGII指出,乘用车对大圆柱需求远大于eVTOL市场,可能出现"抢单竞争"。
在实际应用中,eVTOL电池的各项指标之间存在明显的技术权衡。以高能量密度为例,有研发人员指出,虽然三元高镍正极材料是实现这一目标的主要途径,但无论在液态还是半固态电池体系中,其安全性难以完全满足航空应用在极端条件下的高容错性要求。
同样的制约也体现在能量密度与功率输出的平衡上。业内人士指出,300Wh/kg的能量密度虽已相对成熟,但难以同时实现6C/60s的持续高倍率放电;反之,若优先满足6C/60s的功率要求,能量密度则需降至270-280Wh/kg左右。不同性能之间的矛盾,涉及电池材料、结构设计和制造工艺等多个环节的技术协同并进。
当前市场对产品综合性能诉求也呈现出较大差异。据观察,终端飞行器厂商对循环寿命的要求从400-500次到10000次以上不等;部分电池厂商还将快充能力纳入考虑范围,认为提升快充能力可以增加单位时间内的运营或服役次数,从而提高经济性。
以上现状折射出eVTOL用电池当下发展的逻辑:在技术尚未完全突破前,企业推动商业化进程似乎更注重各项指标的平衡,而非逐一指标的极致追求。从"确保安全起降"到"提升航程"再到"优化经济性",或将成为eVTOL行业现实演进的大众路径。
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