eVTOL电池规模、壁垒及技术线路有哪些？

性能要求大幅提升，软包赛道有望重塑。

1.规模：eVTOL 带来近百亿级电池前装市场，后装市场规模可期

eVTOL 带来电池百亿级前装市场。根据《客运 eVTOL 应用与市场白皮书》预计，30 年累计 国内 eVTOL 需求量为 16316 架，假设单 eVTOL 带电量 200kWh，价格 3 元/Wh（航空级电池 较车用电池价格高 1 个数量级），对应单机电池价值量 60 万元，则对应前装市场约 98 亿 元。 循环次数、单日飞行次数将很大程度上影响电池的更换频率。假设 eVTOL 的单次飞行航程 为 50 公里，电池最大可供续航航程为 300 公里，单日飞行次数 8 次，电池循环寿命 1000 圈，eVTOL 使用寿命 20 年，则测算得电池的使用寿命为 1.4 年，使用 eVTOL 期间电池更 换次数为 14 次。采用这一模型，我们假设 eVTOL 单日飞行次数 6-14 次，电池循环寿命 500-2500 圈，则对应电池更换次数在 5-43 次之间，不同参数导致更换次数差异较大。当 前车用电池循环次数多在 2000 多圈，基于提升能量密度、提升循环圈数本身存在一定的 互斥性（亿航在白皮书中做经济性测算时假设电池循环圈数仅为 500 圈），我们预计在未 来电池能量密度 300-400Wh/kg 的情况下，较难同时实现长循环，在 eVTOL 大规模运营时 期，容易推高电池的更换频率。 eVTOL 带来电池后装市场有望弹性更大。我们测算在单天飞行 8 次，电池循环寿命 1000 圈 的假设下，电池的更换次数 14 次，在 eVTOL20 年生命周期内，30 年累计国内 eVTOL 需求 量预计为 16316 架，假设更换均价单机 45 万元，提供电池后装市场约 1028 亿元。

2. 壁垒：eVTOL 电池追求高能量密度、高放电倍率，较车用壁垒提升

eVTOL 对电池能量密度、瞬时放电倍率及热管理等方面提出更高要求。 1）能量密度：决定了飞行汽车的续航能力和有效载荷。若动力电池系统的比能量由 200Wh/kg 提高到 500 Wh/kg，可使飞行汽车增加近 1/4 的有效载荷，可使飞行汽车的巡 航里程增加近 2 倍。 2）瞬时放电倍率：飞行汽车巡航飞行时电池放电倍率在 1.2 C，而起飞和降落过程中动 力电池的瞬时放电倍率可高达 4.8 C，远高于电动汽车对电池放电倍率的要求。动力电池 放电倍率高，严重影响动力电池的性能，还将产生电池热安全性等问题。 3）热管理：通过平板热管等先进热管理技术保证高放电倍率动力电池性能和热安全性， 同时考虑低空飞行低气压的影响，为飞行汽车高能量密度动力电池研发的前沿方向。 4）安全：高空巡航使 eVTOL 电池要求严苛。以美国联邦航空管理局(FAA)的规则为例，电 池系统能够控制任何故障，在损坏飞机的基础上允许飞机安全着陆。而乘用车关于电池热 失控的要求则为进入热失控状态后为车内人员留有足够的逃生时间。

3. 技术趋势：软包电池行业有望迎来重塑，铝塑膜环节有望受益

当前电池封装形式多样，多路线并行。根据我们的统计，当前用于电动航空的电池包括凝 聚态电池（宁德时代）、圆柱电池（蔚蓝锂芯、正力新能、国轩高科等）、软包电池（孚能 科技等）、固态电池（欣视界、恩力动力、麻省固能等），电池形状多样，多种路线当前并 行开发。

多家企业当前主攻高镍三元+硅基负极体系方案，能量密度在 300Wh/kg 左右。中创新航为 小鹏汇天飞行汽车 X3 开发低空出行开发的电池，电池采用 9 系高镍正极、硅负极体系， 匹配新型电解液，具备高能量密度和超高倍率持续性放电；正力新能开发出正力-航空电 池，采用高镍+石墨高硅体系，能量密度达 320Wh/kg,满足 20%SOC 下 12C 的大倍率放电性 能，已与国内外多家头部电动飞机企业展开深入合作并开展航空适航认证根据《NextGeneration Aviation Li-Ion Battery Technologies—Enabling Electrified Aircraft》，8 系高镍三元电池达 300Wh/kg，而 9 系高镍三元电池有望达 400Wh/kg。

软包体系有望成为中期主流方案，迎来行业重塑。相较方形、圆柱电池，软包电池的优势 在于能量密度更高，重量更轻，缺点则在于相对更高的成本。受制于成本因素，近年软包 电池在车端应用的份额持续减少，根据乘联会，23 年国内汽车电池市场软包份额仅占 3.8%。 软包电池的高能量密度、高放电性能、和更轻重量符合 eVTOL 的要求，同时 eVTOL 对电池 价格宽容度高，软包电池有望凭借相较方形、圆柱更优异的性能，成为 eVTOL 电池中期主 流方案，从而迎来行业重塑。从 Joby 近期公布的数据看，其正在适航审定的 S4 五座 eVTOL 所用的软包电芯能量密度为 288Wh/kg，封装后的电池组能量密度为 235Wh/kg，并在实验 室中经过了1万次设定飞行轨迹的循环；宁德时代凝聚态电池能量密度达500Wh/kg以上， 软包形态性能最好；孚能科技应用于 eVTOL 的动力电池已可实现能量密度 285Wh/kg，最 高时速 320km/h，单次最长巡航 250km，已与国际知名的 eVTOL 制造商达成合作并已开始 交付产品。

软包体系下短期为三元，中期有望向固态电池过渡。10 月 10 日，我国工业和信息化部等 四部门印发《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035 年）》在对动力电池技术的要求上， 《纲要》提出要突破高能量密度锂电池、高比功率氢燃料电池、高效率电推进系统等关键 技术。满足电动航空器使用需求和适航要求的 400Wh/kg 级航空锂电池产品投入量产， 500Wh/kg 级产品小规模验证。目前来看，当前高镍三元+硅负极的软包电池能量密度、放 电倍率及可靠性能满足当下需求，但上限或在 400Wh/kg 左右；长期看，固态电池的能量 密度在 400Wh/kg 以上（欣视界当前固态电池 450Wh/kg 以上，麻省固能当前锂金属电池 417Wh/kg 以上），且放电倍率性能优异（固态电池最新实验室产品已可达 5C 倍率 6000 次 循环，固态锂金属电池最新实验室产品充放电循环至少 6000 次，而且可以在几分钟内完 成充电），有望胜出。 铝塑膜环节有望受益。铝塑膜是由外层尼龙层（ON）、粘合剂、中间层铝箔（Al）、粘合剂、 内层热封层（CPP）构成的多层膜，是软包电池、固态电池的封装材料。由于固态电池中 由氧化物和硫化物制作的电解质柔韧性较弱，采用叠片工艺的软包电池能够防止内部变形、 弯曲或断裂。另外，软包电池的铝塑膜外壳并不坚硬。电池一旦发生热失控，会先胀气冲 破铝塑膜封装，带走大量的热量，避免电池发生爆炸。并且由于铝的质量较轻，因此采用 铝塑膜制作的软包电池在同等容量下，使得整个电池重量较钢壳锂电池轻 40%，能量密度 也会比钢壳三元锂电池高出 40%，带来更好的续航。 铝塑膜具有较高的技术门槛。为保证电池的长周期稳定运行，铝塑膜需要具有极高的阻隔 性、良好的冷冲压成型性、耐穿刺性、稳定性和绝缘性。根据前瞻产业研究院，2020 年全 球市场中，铝塑膜的市场份额主要由日本和韩国企业占据，中国企业市占率仅有四分之一。 国内第一梯队新纶新材、紫江企业、璞泰来和恩捷股份四家，铝塑膜生产种类较为全面， 均能生产 88μm、113μm 和 152μm 铝塑膜产品，同时与下游消费类电池以及动力类电池 生产企业有较为稳定的合作。第二梯队企业有明冠新材、佛塑科技、华正新材、苏达汇诚 等。

整包环节当前国内供应商稀缺。电池做成整包后需满足防火强度，以及 BMS 需要取 DO-178 适航认证，加载 BMS 的硬件需要取 DO-254 适航认证，整体要求高，目前国内制造电池整 包企业较少，各大主机厂尝试自建电池的整包团队。