航空动力电池作为低空飞行器的“心脏”，其性能直接决定了行业发展的高度。资料图片
锂电池的应用场景正从新能源汽车向无人机、载人飞行器、机器人等领域拓展。截至目前，包括宁德时代、欣旺达、国轩高科、亿纬锂能等电池企业纷纷公开低空经济领域电池产品。
航空动力电池作为低空飞行器的“心脏”，其性能直接决定了行业发展的高度。行业普遍认为，航空动力电池能量密度一般需要达到300Wh/kg以上，而eVTOL（电动垂直起降航空器）真正大规模商业化应用，更是要求航空动力电池能量密度达到400Wh/kg以上。
如何才能拿到空中赛道的入场券？各大电池厂商纷纷押注预研400Wh/kg固态技术，以迎接2030年的低空经济市场爆发期。
●南方日报记者 郜小平
统筹：姚翀
角逐万亿级新市场
从地面到天空，国内锂电厂商正在展开一场角逐之战。
近期，电池厂商欣旺达发布最新款航空动力电池“欣·云霄2.0”并宣布其第一代产品已实现量产，实现性能与安全兼备，能量密度达360Wh/kg，距离400Wh/kg仅一步之遥。
国轩高科也在今年5月提到一个重要目标，加快布局新能源通用航空动力技术和装备，推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产，实现500Wh/kg级航空锂电池产品应用验证。“低空经济和人形机器人未来都将是万亿级市场。”国轩高科首席科学家朱星宝说道。
宁德时代也宣布获国际航空航天质量管理体系认证，正式达到航空工业标准；亿纬锂能则宣布成为飞行汽车公司小鹏汇天下一代飞行器原理样机的低压锂电池供应商。
目前，车用电池能量密度普遍小于300Wh/kg，“新能源汽车的能量密度其实是一个很大范畴，从磷酸铁锂的180Wh/kg，到三元电池的280Wh/kg，都照样能‘上车’。”欣旺达动力中央研究院院长徐中领说。
而航空动力电池在性能指标上更为严苛。在相同能量情况下，电池重量减少一公斤，续航时间就可能会增加3—5分钟，或者在同等航程下，可以增加一公斤载重量，“减重”带来的经济效益非常明显。
其次是输出功率，这决定了飞行器能不能飞起来、能否应对复杂飞行工况。一般来说，飞行器工作循环包含3—8C倍率的起降阶段、0.5—2C倍率的巡航阶段。而新能源汽车一般仅需0.1—0.5C的放电倍率。
“如果功率达不到，飞行器就难以完成飞行任务，或者飞不起来，或者被气流吹离航线。”徐中领说，新能源汽车短时大倍率脉冲一般不会超出1秒钟，而飞行器则要求电池具备持续大功率输出能力。
再次，是高安全性，电池要满足极端条件，比如在15米高处跌落，电池不失效、不起火；即使出现电池故障也要保证飞行器不发生空中停车；必须始终保持至少20%的安全冗余电量，以应对可能会遇到的突发情况，比如气流、雨雪天气等。
技术路线分化
通常来说，理想的航空动力电池需要高能量密度、高充放电倍率、高安全性兼备——这也被称为航空动力电池的“不可达三角”。
高比能电极材料、高载量电极、轻量化技术等高比能设计往往伴随着安全性的降低、倍率性能的恶化和电池寿命的缩减；而高动力学材料和高功率电极设计则影响电池的安全可靠性和能量密度；为了提升安全性而采用的高稳定性材料和安全技术又影响电池的动力学性能和能量密度。
可以说，各技术元素相互制约，难以同时兼顾。正因如此，低空领域长期缺乏专业的动力解决方案。
面对这样的挑战，欣旺达将传统电池的高比能高功率技术与固态电池的高安全技术相结合，创新“软固态”技术，使得电池在具备高比能高功率的同时，不影响安全性。
国轩高科首条全固态实验线也已正式贯通，设计产能达0.2GWh。朱星宝透露，500Wh/kg级航空锂电池已经有了样本，这个新一代技术在今年6月于工研总院正式立项。
对于固态电池在航空动力电池领域的应用前景，徐中领预判，固态电池占比会越来越大，预计到2030年前后，半固态电池预计占到2/3，液态电池占比在25%左右，而全固态电池占比预计在10%左右。尽管全固态电池能量密度高安全性好，但成本将成为其大规模应用的限制因素，因此预计初期将以高端或有特殊应用领域为主。
徐中领认为，虽然目前动力电池行业已初步具备全固态电池试制能力，但仅能满足研发制样要求，距离真正量产还有较大距离。他判断，从时间上看，固态电池的商用，还需要技术突破和产业链逐步成熟，可能至少还要3—5年时间。
孚能科技则选择软包电池路线，其特点在于轻量化。“在提供同等能量时，软包电池更轻量化的设计，可显著提升整体能量效率，基于低空产业第一性原理，软包电池是低空动力电池应用的关键选择。”孚能科技(赣州)股份有限公司研发副总裁、研发院院长姜蔚然介绍，孚能科技eVTOL电池已经完成上万次实测验证，并进入美国联邦航空管理局(FAA)航空安全的第四阶段认证。
复制新能源车路径
尽管航空动力电池面临一系列挑战，但在多位业内人士看来，低空经济也将走出一条与新能源汽车产业发展极为相似的路径。
2009年前后，我国推出新能源汽车“十城千辆工程”，到2018年年产销量过百万辆，中国新能源汽车用时近10年；再到2022年的年产销量过500万辆，用时约4年。如今，新能源汽车渗透率已经超过50%。
参考新能源汽车产业的发展，徐中领说，飞行器当前处在导入阶段，相当于新能源汽车在2010年到2012年左右的起步水平，处于政策引导阶段，以技术验证和小范围示范运营为主；预计到2027年左右进入成长期，届时电池等关键技术会取得较大突破，推动飞行器市场进一步扩大，逐渐实现市场化运营；到2030年左右，随着技术进一步提高、法律法规进一步完善、应用场景进一步拓展，飞行器的发展将进入爆发期。
新兴行业起步时都普遍面临基础设施不足的问题，就像新能源汽车发展初期面临充电桩不足问题一样，低空经济也将面临垂直起降机场、空中管理指挥系统跟不上等难题。
两者也有不少不同点，比如，飞行器对安全可靠性有着更严苛的要求，而且在空中飞行的容错率比较低，需经历更严苛的航空级适航审定，门槛更高，相应的认证周期也更长。
“但低空经济发展的土壤和环境，比当初新能源汽车更有利，用户和市场对电动化的接受度也更高，飞行器也可以借鉴和复用新能源汽车的电池技术和产业链。”徐中领说，有之前新能源汽车行业培养起来的工业基础、人才基础、技术基础，随着政策引导和法律法规、基础设施的完善，电动飞行器的发展速度可能快于预期。
