固态电池曙光在即，eVTOL有望迎来全新升级

2025-12-03 16:49

能源系统作为eVTOL的能量储存和释放来源，决定着航行过程中的续航里程和起降能力，是eVTOL中的核心系统之一，主要由动力电池组、电源管理系统、高压配电单元、热管理系统、快充接口与线束等关键部件构成。通常，整个能源系统在eVTOL中的重量占比在30%左右，根据构型、设计航程和有效载荷会有所差异。

成本方面，能源系统通常在整体BOM中占比10%-20%左右，取决于具体构型和产品设计。根据数据，其eVTOL的能源系统成本占比约10%，推进系统占比约40%，结构和内饰占比约25%，航电和飞控占比约20%，装配件占比约5%。另外，为满足轻量化需求，大量的碳纤维复合材料也占据大量成本，因此能源系统在eVTOL整机成本中的相对占比不高。

然而，eVTOL能源系统的价值量却并不低，由于“开发周期长、材料成本高、产品要求严、测试环节多”等因素，航空级电池Pack的成本在2元/Wh左右，是车规动力电池的3-5倍，若按照200kWh设计能量推算，成本可以达到40万元，已经超过大部分新能源车整车价格；若考虑后续电池需要更换、拆解，则实际成本更高。

综合来看，eVTOL电池相较新能源车用电池在比能量、比功率、充电倍率、循环次数与安全性五大维度上都提出了更高的要求：

核心要求一：高比能量

eVTOL重量分配可谓“存克存金”，目前大部分eVTOL重量在2吨以下，意味着能够分配给能源系统的重量在600kg左右（30%占比），若需要满足200kwh的能量设计以较好完成城市、城际的运输要求（对应航程约300km），则能源系统的比能量需要达到330Wh/kg。

核心要求二：高比功率

比功率用来衡量能量系统可以以多快的速度提供功率，决定了eVTOL整机的起降能力以及加速性能。在eVTOL悬停阶段，需要电池维持在5C左右的放电能力，考虑到目前大部分eVTOL的功率载荷在4-5kw/kg，则2吨级的eVTOL需要满足500kw左右的悬停功率，因此需要电池的比功率在1.2kW/kg以上。

核心要求三：高安全性

eVTOL电池的安全性遵循航空业“零容错”的铁律能源系统必须在任何可预见的单一故障甚至多重故障下，都能够避免火灾、爆炸等灾难性事件，以及减少高空坠落、起火等二次灾害。

核心要求四：循环寿命与快充

为保障eVTOL商业化运营的经济性，eVTOL充电倍率需要在5C左右（15分钟充至80%SOC），以增加运营时间；同时，希望eVTOL电池的循环寿命在500次以上，最好能够达到1000次，以满足高强度下的运营（如单日运行8次，一年执行1600架次飞行），避免频繁更换电池。然而同时满足电池“长寿命+高倍率+快充+高比能量”具备较大的难度。

目前传统的液态锂电池使用在eVTOL中存在以下问题：1）能量密度低；2）安全性差；3）循环寿命有限。

而固态电池作为一种采用固态电解质替代传统液态电解液的新型电池技术，它通过固态材料实现锂离子的传导，从根本上解决了液态锂电池的安全隐患和能量密度瓶颈。相比传统的液态锂电池，固态电池凭借（1）更高的能量密度，（2）更好的安全性能和（3）更长的循环寿命；因此能够更好适配eVTOL。

固态电池满足eVTOL高能量、高安全、长寿面和快充的核心要求。

一、高能量密度

固态电池可以满足eVTOL400Wh/kg的能量密度要求，打破续航里程的限制。

二、高安全性

固态电池可满足eVTOL航空级的高安全要求，在极端环境和工况下表现更优，减少灾害发生的可能性，并将灾害损失降低。

三、长循环寿命与快充

固态电池可以满足eVTOL高强度运营下对于长循环寿命以及快充的要求，解决液态锂电池“循环寿命-快充” 难以兼得的问题，更有利于eVTOL投入商业化运营。

纵然固态电池相较液态锂电池具备诸多优势，但当下距离大规模的商业运用还需解决技术瓶颈、工艺适配、材料成本和规模化生产四大核心挑战：

核心挑战1：关键技术瓶颈

固-固界面接触难题

机械失效性：在充放电过程中，正负极材料（特别是硅基负极）会发生体积膨胀和收缩，而固态电解质通常脆性高、弹性模量低，无法同步形变，导致界面分离、接触失效，大幅缩短循环寿命。

接触机制改变：固态电池中电极与电解质之间由液态的“面接触”转变为固态的“点接触”，导致有效接触面积小，界面阻抗显著增加，严重影响锂离子的传输效率。

离子电导率不足

离子电导率反映电解质材料传导离子的能力，电导率越高离子传输越顺畅，高电导率能减少极化反应，实现快充快放。固态电池的理想电导率需接近10-3S/cm（液态电池水平），目前主流电解质的室温离子电导率普遍偏低。

核心挑战2：工艺适配与设备依赖

干法工艺成熟度低

成膜难度大：干法工艺是全固态电池大规模量产的必经之路，但目前正极干法成膜在粘接剂选择、纤维化程度控制上仍有难度。现有设备生产的极片厚度与目标存在差距，且生产速度远低于液态电池，严重影响效率。

膜层与电解质的界面融合：固-固界面接触的天然难题使得电极膜表面粗糙度需控制在纳米级，否则与电解质膜接触时产生缝隙。

关键设备依赖与精度要求

高压致密化需求：由于物料的均匀性成为较难实现的目标，因此对辊压的精度、均匀度以及压实密度要求更高，需要新增高压致密设备，等静压设备需满足600MPa高压+150℃温控，批量生产效率低；

环境控制严苛：硫化物电解质对极性有机溶剂极为敏感，传统湿法工艺无法适用，生产需全封闭干燥室+惰性气体氛围，环境管控成本高。

核心挑战3：材料成本高企

核心材料成本悬殊

硫化物电解质材料200-250万元/吨，其中关键材料硫化锂单价超300万元/吨；氧化物电解质材料30-40万元/吨，关键原材料包括氧化锆、氧化镧等；聚合物电解质材料50-60万元/吨，关键原材料包括PEO、LiTFSI锂盐。相较之下，液态电解液成本仅为1.7-3万元/吨，远低于固态电解质材料成本；另外，硅基负极加工成本是石墨负极的5-8倍，锂金属纯化能耗大、成本也高。

规模效应缺失

2024年全球固态电池产能不足20GWh，仅为锂电池总产能的0.5% ，小批量采购导致原材料议价能力弱，设备折旧、环境管控成本分摊压力大。