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高工独家 | 专访欣旺达:eVTOL产业化加速,“正向开发”如何直击电池痛点

05/21 11:50
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会议时间:6月10日

会议地点:苏州香格里拉大酒店(苏州虎丘区塔园路168号)

国内低空经济正迎来技术升级与商业化落地“同步加速”的关键时期。

一方面,以eVTOL为核心的低空飞行器研发,已大步迈向适航审定的核心阶段。一个清晰的信号是,从峰飞、小鹏汇天到沃飞长空,众多企业的型号合格证(TC)申请已获受理,行业预计自2026年起将进入TC密集颁发期。

与此同时,eVTOL的实际应用探索也多点开花:载物eVTOL率先开启商业化征程,载人eVTOL在文旅等特定场景的示范飞行稳步推进,陆空两栖飞行汽车亦在特殊场景中探索其独特价值。

这些定位于50至400公里的中短途出行市场的低空飞行器,发展路径逐渐清晰:从载物到载人,从满足特种需求到融入日常,从公共服务领域走向全面的商业化运营。

在此节点,欣旺达中央研究院院长徐中领接受了高工锂电的深度专访。

他进一步指出,低空经济对动力电池提出的高维要求,并非仅限于单一性能突破,而是对能量密度、功率密度及安全性的综合均衡挑战。尤其是航空级安全标准远高于乘用车,是电动航空电池独有的挑战和价值点。

这不仅要求电池企业加速高能量密度、高功率、高安全技术的研发,更需储备满足细分场景多元需求的技术方案,进而对电池厂商的技术路径规划能力构成更高挑战。

面对这些挑战,国内领先的电池企业正积极布局。欣旺达已针对电动航空多元化需求,推出包括能量密度320Wh/kg并已实现量产的eVTOL专用电池、360Wh/kg高比能软包半固态电芯、超350Wh/kg的46系列大圆柱电池,以及针对混合动力应用场景的230Wh/kg高功率软包电芯在内多款专用电池产品。

基于“正向开发”理念,欣旺达正在材料、电芯、系统等多个层面进行技术创新的引领,以应对电动航空电池的行业痛点,并驱动电池产业的整体升维。

航空动力电池:既要极致,也要均衡,还要安全

相较于车用场景,电动航空应用对动力电池的要求更为严苛。徐中领指出,此种严苛并非局限于单一性能的突破,而是对能量密度、功率特性、以及安全性的综合均衡提出了极高挑战。

能量密度是决定飞行器续航和载荷的关键。据测算,动力电池系统比能量从200Wh/kg提升至500Wh/kg,可使eVTOL增加近四分之一的有效载荷,或将巡航里程提升近两倍。

高倍率放电能力同样重要。尤其在垂直起降阶段,电池需在30秒至1分钟内支持3-8C的高功率输出;在降落阶段,即便处于20% SOC(剩余电量)的低电量状态,仍需满足同等功率需求。

安全性则是电动航空电池的生命线。高空巡航、低气压环境、高能量密度及高倍率放电等共同构成了严峻的安全挑战。

徐中领强调,航空级安全标准远高于乘用车。例如,在电池系统在出现任何故障时,即使飞机受损,也必须允许飞机安全着陆。这意味着即使一半电池停止工作,剩余部分也需支撑飞行器完成安全降落。

此外,电池需通过高空跌落不起火测试,载人飞行器还要求热失控产生的有毒气体不能进入乘员舱。这些是汽车电池仅要求为乘员提供逃生时间所不具备的独有挑战。

欣旺达“正向开发”:双技术路线并行

面对电动航空电池的严苛需求,徐中领表示,欣旺达正通过“正向开发”策略,“在不确定中寻找确定”,选择大圆柱和软包固态两条技术路线并行推进。

徐中领首先指出,大圆柱电池在eVTOL应用上,基于现有材料体系即可实现能量密度升级,且安全性较高。

其高兼容性和高标准化特性,则便于电池厂进行平台化开发和规模化生产,在相对大电量需求的飞行器上更容易实现市场突破。

然而,大圆柱电池的系统集成效率相对较低,且可能难以适配高度定制化的需求。

相较而言,软包形态更有利于发挥电池化学体系的能量密度潜力,尤其能适应高硅负极膨胀问题,为能量密度、寿命进一步提升预留了空间。

而当化学体系本身足够安全后,特别是半固态和固态技术的应用,软包在电芯层级的安全性劣势可以被有效弥补。

此外,软包电池适配性强,可用不同尺寸、容量的电芯满足客户定制化需求,从而充分利用eVTOL整机空间,实现效率最大化。

双路线布局,展示出的是欣旺达在技术选型上对平台化、成本、安全性、未来技术适配性、定制化及空间利用率的综合权衡。

目前,欣旺达已在电动航空电池领域取得阶段性成果。

已量产的eVTOL专用电池“欣·云霄1.0”能量密度达到320Wh/kg,对应室温下持续功率密度3300W/kg,支持-30℃到60℃宽温域飞行和2000次循环,并已通过极限环境适航飞行测试。

在此基础上,欣旺达推出了性能更高的产品“欣·云霄2.0”:最高能量密度可达360Wh/kg,功率密度3900W/kg,支持10C持续大倍率放电,工作温度范围拓宽至-35℃到80℃,循环寿命1800次,并实现系统无热蔓延,通过了200℃热箱和穿刺等十多项严苛的安全测试。

大圆柱路线中,欣旺达专为eVTOL开发的46系列大圆柱电池产品,采用双向全极耳结构、高镍高硅化学体系和高强度壳体。

其第二代产品支持能量密度不低于350Wh/kg,支持不低于3C快充,以及在极限工况下可提供不低于10C的高倍率放电,循环寿命不低于1000次。

以上高比能技术路线产品,能够满足纯电eVTOL对更高载重和更长续航的需求,可匹配载人和载物飞机。

另针对混合动力飞机在起降阶段的功率补充需求,欣旺达亦开发了能量密度为230Wh/kg的软包电芯,该电芯具备20C的持续放电能力和高达70C的瞬时放电能力。

可以看出,欣旺达在电动航空电池领域的差异化优势在于,既能满足多元化的应用场景需求,也能在达到行业公认的300Wh/kg能量密度门槛基础上,通过更快的快充技术和更长的循环寿命设计,实质性地帮助主机厂降低运营成本、提升潜在盈利能力。

技术内核:系统创新应对eVTOL电池痛点

支撑以上差异化优势的,正是欣旺达在电动航空电池技术内核上的系统性创新。

徐中领指出,eVTOL电池的研发痛点首先体现在材料层面,核心在于如何在追求高比能活性材料的同时,确保高安全性和长循环寿命。

欣旺达对此进行了系统性攻关。

以关键的高镍三元正极材料为例,公司通过精密的包覆与掺杂技术,在实现230mAh/g高比容量的同时,显著将三元材料的DSC放热起始温度提高了20℃。

这一成果直接增强了电芯的本征安全与热稳定性,为应对严苛的航空应用环境奠定了材料基础。

负极方面,通过对硅碳材料进行合金设计,支持实现2700mAh/g的比容量,并能将循环寿命提升一倍。

结合极片升级技术,可实现100%DOD(放电深度)下极片接近零膨胀,极片延展率大幅下降90%,有效缓解硅基负极的膨胀问题。

电解液方面,其定制的电解液不仅耐受高电压和高镍正极的强氧化性,还具备支撑大功率放电的高离子电导率,并满足航空领域对阻燃性的强制标准。

隔膜方面,欣旺达通过创新的双面涂覆工艺,增强热稳定性,叠加能实现裸膜零热收缩的基膜改进,共同提升了电池在极端条件下的可靠性与安全性。

另一大研发痛点聚焦于极片层面:在高能量密度前提下,如何克服高功率持续放电的挑战,或者说如何抑制传统高功率电极设计对能量密度和安全性的不利影响。

对此,欣旺达创新了“软固态”电池技术,巧妙融合固态体系的高安全技术与液态体系的高功率技术,结合高能量密度设计,赋予电池“高比能、高功率、宽温域、高安全”的特性,可谓是航空动力电池性能与安全的最佳平衡方案,更是前瞻性技术与实际应用结合的完美典范,将为低空经济的腾飞提供可靠动力。

据徐中领分析,上述一系列技术升级方案得以在电动航空领域加速应用的背后逻辑在于,eVTOL对电池性能的极致追求和相对更为宽松的成本环境,使得一些在动力电池领域虽已储备、但受限于成本未能大规模应用的技术,得以在eVTOL电池上率先实现其应有价值。

安全性方面,由于液冷系统对飞行器整体重量影响较大,电动航空电池普遍采用气冷或风冷方案。这无疑对电池系统的快速热量导出能力及温度均匀性控制提出了更高要求。

对此,欣旺达已开发出兼具低成本与高效率的热管理解决方案,并强化了从电芯到Pack的多层级热防护与智能预警技术。

航空电池研发驱动产业升维

电池厂商的“正向开发”实践,正在主导eVTOL电池的升级方向,以固态电池为代表的新技术成为各方竞相争夺的价值高地。

欣旺达将低空经济电池的研发视为驱动整个电池技术体系升级的创新引擎,而不仅限于为新应用场景提供解决方案。

徐中领强调,欣旺达在低空经济电池领域的技术突破,特别是与固态电池相关的成果,未来可以反哺并显著助推新能源汽车电池的技术迭代。这清晰揭示了欣旺达布局低空经济电池的深层战略协同价值。

当前,低空经济的产业发展正从初期的政策驱动阶段,稳步转向研发成果落地与市场订单批量涌现的新阶段。

截至2024年底,小鹏汇天、Eve Air Mobility等头部企业eVTOL订单量均超3000架,亿航订单也超1500架。进入2025年4月,多个头部eVTOL主机厂进一步发力商业模式创新,与金融租赁公司、银行等机构达成战略合作,合计意向订单达到470架。

而电动化是eVTOL在高速发展中,保持长期核心竞争力的关键趋势,将贯穿行业发展全程。

市场预测,2030年国内累计eVTOL需求量将超1.6万架。假设单架配置电量200kWh,航空级电池价格按3元/Wh估算,对应单机电池价值量60万元,则前装市场累计规模近百亿元。

上述订单的前置锁定以及产融协同的深化,正逐步增强动力电池在低空经济这一新兴市场的增长确定性。目前,欣旺达已与多家国内外领先的eVTOL公司建立了深度合作关系,展示出基于技术突破的卡位能力。

展望未来,欣旺达还将推出400Wh/kg以上能量密度的航空动力电池。基于全固态电解质,欣旺达已制备出容量60Ah、循环寿命1500次、工作温度-30至80℃、能量密度400Wh/kg的电芯原型,并通过了穿刺和200℃热箱等严苛测试。

徐中领判断,在达到此等能量密度的基础上,若能同时保证电池的安全性和功率性能不发生衰减,低空飞行器电池产业将整体进入快速发展的黄金时期。

他认为,低空飞行器电池与固态电池的技术发展路线呈现出高度重叠、相互促进的共振效应。

关于量产挑战,徐中领指出,采用液态或半固态技术的工艺与现有动力电池差别不大,主要挑战在于对环境湿度等要求更高,以及缺陷控制需达到ppb级,需要增加在线检测技术。全固态则有更多特殊需求。

此外,如何实现航空电池产品的平台化和标准化设计,以有效降低生产成本,对整个行业的健康可持续发展至关重要。

总的来看,从前期产业链协同开发验证到最终的量产交付,eVTOL电池产业正在逐步形成一套可衡量、可追溯的验证标准与系统协同流程。低空经济的加速“起飞”,正以前所未有的应用需求牵引着动力电池技术的边界不断拓展,推动整个电池产业迈向新的高度。

欣旺达凭借其深厚的技术积累、“正向开发”的核心理念和双技术路线的前瞻布局,正积极把握eVTOL产业化浪潮带来的历史性机遇,力图在低空经济这片广阔的蓝海中占据技术与市场的领先地位。

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