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一、eVTOL关于能源系统暴戾全新要求

1.1 eVTOL中能源系统的伏击性

能源系统动作eVTOL的能量储存和开释开始，决定着飞翔经由中的续航里程和起降技艺，是eVTOL中的中枢系统之一，主要由能源电板组（Pack）、电源照应系统（BMS）、高压配电单位、热照应系统、快充接口与线束等关键部件组成。频繁，系数这个词能源系统在eVTOL中的分量占比在30%傍边，阐明构型、假想航程和灵验载荷会有所互异。

老本方面，能源系统频繁在合座BOM中占比10%-20%傍边，取决于具体构型和居品假想。阐明Lilium数据，其eVTOL的能源系统老本占比约10% ，鼓吹系统占比约40%，结构和内饰占比约25%，航电和飞控占比约20%，安装件占比约5%。一方面，受益于新能源车产业的高贵发展，锂电板产业链的老本取得合座压降；另一方面，在散布式电鼓吹技艺下，eVTOL需要多个高功率电机和电控系统，使得能源系统的老本占比达40%以上，占到大头；另外，为高慢轻量化需求，大量的碳纤维复合材料也占据大量老本，因此能源系统在eVTOL整机老本中的相对占比不高。

关系词，eVTOL能源系统的价值量却并不低，由于“拓荒周期长、材料老本高、居品要求严、测试关键多”等身分，航空级电板Pack的老本在2元/Wh傍边，是车规能源电板的3-5倍，若按照200kWh假想能量推算，老本不错达到40万元，依然越过大部分新能源车整车价钱；若研讨后续电板需要更换、拆解，则实质老本更高。

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1.2 eVTOL对电板暴戾更高要求

eVTOL在初步假想阶段需重心研讨关于能源系统的需求，假想表率如下：

Step 1：阐明市集调研明确eVTOL的应用场景和相对应的功能需求（如载货vs载东谈主、远程vs短途、城市vs城际等），决定符合的构型并暴戾最大腾飞分量、灵验载荷、续航里程等性能要求；

Step 2：阐明上述性能要求开展居品假想，包括浆盘载荷、功率载荷、悬停成果、升阻比等；

Step 3：测算eVTOL在遨游的5个阶段（开动悬停、腾飞爬升/飞腾过渡、巡航遨游、着落过渡、着陆悬停）中所需的任务功率，搭伙每个阶段的任务时间，野心出eVTOL在遨游经由中所需统统的电板能量；

Step 4：阐明电板能量的总需求，通过电板包的比能量倒算出电板包分量；

Step 5：进行分量汇总并不断调遣分量假想，在机身结构、能源系统、灵验载荷等进行再行分量分拨，并反复重算、检会以达到分量分拨的最优解。

二、固态电板：eVTOL电板的理思搞定决议

2.1 传统液态锂电板安装eVTOL存在的问题

现在传统的液态锂电板使用在eVTOL中存在以下问题：

一、能量密度低

液态锂电板的能量密度上限为300Wh/kg（三元锂），现使用的大限度量产电板频繁在160-250Wh/kg，难以高慢eVTOL 400Wh/kg的要求，使得续航里程大幅受限，主要由于：

•隔阂和电解液等非活性组件占用了电板分量和空间；

•电压窗口受限，正负电压差越过4.5V易瓦解；

•难以使用能量密度更高的锂金属负极，易形成锂枝晶。

二、安全性差

低空中责任环境更为复杂，且空中灾害形成的危害性更高，液态锂电板主要存在以下安全问题：

（1）热失控：电板负极容易析出树枝状的锂枝晶，可能刺穿仅有12-25微米厚的隔阂，形成漏液导致里面短路，一霎开释大量热量，最终发生热失控。

（2）有毒物资开释：电解液频繁为易燃有机溶剂，九游会app下载高温下瓦解产生可燃气体和氧气，形成烽火条款，且可能开释氟化氢等有毒物资。

三、轮回寿命有限

液态锂电板轮回寿命较为有限，容量衰减较快（尤其在快充条款下），主要由于：

•锂枝晶的形成不仅奢华活性锂，还会加多电板内阻，加快容量衰减；

•液态电解液干涸、蒸发会导致容量衰减；

•液态电解液与电极材料之间的执续副反应使得容量衰减。

2.2 固态电板愈加适配eVTOL电板需求

阐明电解质中的液体含量，主要分为液态、半固态和固态电板：

•液态电板（含量>10%）：以有机溶剂动作电解液并勾通使用20微米傍边的薄膜，Li⁺在“液态电解液+隔阂”中走动穿梭，技艺老到，依然大限度量产安装于新能源车。

•半固态电板（含量5%-10%）：动作液态电板向全固态电板演进的“过渡决议”，在电板结构中部分使用固态电解质材料，同期保留5%-10%的液态电解质，通过固液混杂假想，既保留了传统产线 70% 以上的工艺兼容性，又在能量密度、安全性和低温性能上“半步向上”，达成了性能、老本和量产可行性的均衡，被视为2025–2027 年首先可限度化上车的技艺阶梯。

•全固态电板（含量 0%）：十足固态体式的电解质，莫得电解液和隔阂，安全性、能量密度达到最理思水平，有望在2027年小限度装车，2030年达成买卖化。

2.3 固态电板高慢eVTOL高能量、高安全、龟龄命和快充的中枢要求

一、高能量密度：

固态电板不错高慢eVTOL 400Wh/kg的能量密度要求，冲破续航里程的铁心，主要原因在于：

•锂金属负极得以应用：锂金属负极的表面比容量高达3860mAh/g，是传统石墨负极（372mAh/g）的10倍以上，开云体育固态电解质具有高机械强度，或者灵验阻挠锂枝晶滋长，使得锂金属负极的应用成为可能。

•更宽的电化学窗口：传统液态电解液在电压越过4.5V时就会瓦解，而固态电解质不错承受5V以上的责任电压。这意味着不错采选高电压正极材料，通过晋升责任电压径直加多能量密度。

•结构优化：固态电板将电解液和隔阂合二为一，取消了隔阂层，大幅收缩了正负极间距。这不仅贬低了电板厚度，还减少了非活性材料的体积占比。同期，固态电板不错达成电芯里面的串联堆叠，幸免过度封装，进一步晋升体积能量密度。

二、高安全性：

固态电板可高慢eVTOL航空级的高安全要求，在顶点环境和工况下阐扬更优，减少灾害发生的可能性，并将灾害亏损贬低，主要原因在于：

•热失控阈值更高：固态电板袭取不行燃的固态电解质，从根底上搞定了液态电解液易燃易爆的安全隐患。固态电解质的热瓦解温度可高达500℃，远高于液态电解液的200℃，热失控风险贬低90%以上。

•更高的郑重性：针刺测试清楚，固态电板在顶点条款下仅出现轻飘电压波动，不会发生冒烟、活气表象。

•更宽的责任温度带：收货于低温下仍能保执郑重的离子传导性能，固态电板在-30℃环境下容量保执率可达80%以上，搞定了在低温地区的电板“趴窝”问题。

2.4 固态电板主要技艺阶梯对比

阐明电解质的不同，固态电板主要分为硫化物、氧化物和鸠合物三大技艺阶梯：硫化物阶梯以高离子电导率（10⁻³-10⁻² S/cm）和精采的界面兼容性见长，但化学郑重性差且老本不菲；氧化物阶梯具有优异的热郑重性和老本上风，但室温电导率偏低（10-6-10⁻³ S/cm）且界面交易费事；鸠合物阶梯加工性能好且与现存产线兼容，但室温电导率低（10-7-10-6 S/cm）且需要加热责任。

三、晨曦在即，固态电板濒临的挑战与机遇

3.1（1）固态电板中枢挑战1：关键技艺瓶颈

纵令固态电板相较液态锂电板具备诸多上风，但当下距离大限度的买卖期骗还需搞定技艺瓶颈、工艺适配、材料老本和限度化坐褥四大中枢挑战：

1.固-固界面交易难题

•机械失效性：在充放电经由中，正负极材料（相当是硅基负极）会发生体积延伸和收缩，而固态电解质（如氧化物、硫化物）频繁脆性高、弹性模量低，无法同步形变，导致界面阔别、交易失效，大幅缩小轮回寿命。

•交易机制蜕变：固态电板中电极与电解质之间由液态的“面交易”升沉为固态的“点交易”，导致灵验交易面积小，界面阻抗权臣加多，达到500-1000Ω·cm²，严重影响锂离子的传输成果。

2.离子电导率不及

离子电导率反应电解质材料传导离子的技艺，电导率越高离子传输越顺畅，高电导率能减少极化反应，达成快充快放。固态电板的理思电导率需接近10-3 S/cm（液态电板水平），现在主流电解质的室温离子电导率宽敞偏低：鸠合物：10⁻7~10⁻6 S/cm，高温下接近10-4 S/cm；氧化物：10-6~10-3 S/cm；硫化物：10⁻3~10⁻2 S/cm，但易水解产生有毒气体（如H2S）。

固态电板中枢挑战2：工艺适配与建树依赖

二、工艺适配挑战

1.干法工艺老到度低

•成膜难度大：干法工艺是全固态电板大限度量产的必经之路，但现在正极干法成膜在粘接剂选拔、纤维化进程戒指上仍有难度。现存建树坐褥的极片厚度（40-50微米）与主义（100-150微米）存在差距，且坐褥速率（3-5米/分钟）远低于液态电板（60-80米/分钟），严重影响成果。

•混杂均匀性：干法混料经由中，由于无溶剂体系下粉末流动性差，活性材料、导电剂与电解质粉末难以均匀分散，易出现团员或板结，影响电板性能。

•膜层与电解质的界面和会：固-固界面交易的自然难题使得电极膜名义不祥度需戒指在纳米级，不然与电解质膜交易时产生错误。

2.关键建树依赖与精度要求

•高压概括化需求：由于物料的均匀性成为较难达成的主义，因此对辊压的精度、均匀度以及压实密度要求更高，需要新增高压概括建树，等静压建树需高慢 600MPa 高压 + 150℃温控，批量坐褥成果低；

•环境戒指严苛：硫化物电解质对极性有机溶剂极为明锐，传统湿法工艺无法适用，坐褥需全顽固干燥室 + 惰性气体氛围，环境管控老本高。

固态电板中枢挑战3：材料老本高企

三、材料老本高企

1.中枢材料老本悬殊

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；鸠合物电解质材料50-60万元/吨，关键原材料包括PEO、LiTFSI 锂盐；相较之下，液态电解液老本仅为1.7-3 万元 / 吨，远低于固态电解质材料老本；另外，硅基负极加工老本是石墨负极的 5-8 倍，锂金属纯化能耗大、老本也高。

2.限度效应缺失

2024 年环球固态电板产能不及 20GWh，仅为锂电板总产能的 0.5% ，小批量采购导致原材料议价技艺弱，建树折旧、环境管控老本摊派压力大。

固态电板中枢挑战4：大限度量产费事

1.产线兼容性差

全固态电板需全新干法 / 真空镀膜 / UV 固化产线，较现存液态电板产线新增大量建树，且原先辊压、叠片等建树也需要升级；单 GWh 产线投资可达4-5 亿元，是液态电板产线的 2-3 倍。

2.良率与模范问题

行业发轫企业良率仅 50%-80%，界面错误、材料一致性差导致报废率高；技艺阶梯分散（硫化物 / 氧化物 / 鸠合物），行业模范未搭伙，供应链配套不老到。

3.供应链协同不及

固态电解质、硅碳负极等关键材料产能有限，限度化供应技艺不及；建树端（干法混料、等静压）国产化率低，依赖入口建树导致扩产周期长。

发布于：江苏省