固态电池在低空经济中的应用

  目前市场上主流的低空飞行器一般会用的是单位体积内的包含的能量为280~320Wh/kg的锂离子电池，这类电池的正极一般会用钴酸锂材料或三元材料，负极一般会用人造石墨或硅碳负极材料。该类电池单位体积内的包含的能量较高，在高倍率放电性能方面可满足低空飞行器的短时使用需求，但从长久来看，该类电池的单位体积内的包含的能量仍无法覆盖低空飞行器所有的应用场景，例如电动垂直起降飞行器（eVTOL）或其他大型电动飞行器需要跨城区远距离飞行（250km），所以，eVTOL要求电池高安全、高单位体积内的包含的能量、高功率密度，固态/半固态电池或为未来的主流路线]。

  根据液态电解质的含量，电池可分为液态（电解液质量占比为10%～25%，以wt%表示，即为10wt%～25wt%）、半固态（5wt%～10wt%）、准固态（0～5wt%）和全固态（0wt%）四类，其中半固态、准固态和全固态统称为固态电池。全固态电池完全由固态物质组成，安全性、能量密度、常规使用的寿命、温度适应性、机械强度等方面较液态和半固态电池有明显提升[2]。

  全固态电池没有易燃的液态电解质，从根本上消除了因电解液泄漏、膨胀或过热导致的火灾和爆炸风险。其中硫化物固态电解质的耐热性可达300℃，较液态电解质提高200℃以上[3]。

  液态电池的电芯单位体积内的包含的能量上限为300Wh/kg，无衰减寿命为3年；全固态电池的单位体积内的包含的能量很容易达到400Wh/kg，理论单位体积内的包含的能量高达700Wh/kg，无衰减生命长达10年，理想状态下循环次数可达到45000次[4]。

  液态电池中，隔膜和电解液共占电池40%的体积和25%的重量，被固态电解质取代后，电池厚度可大幅度降低；加之省掉了电池里面的温控组件，体积也进一步变小[5]。

  相比液态电池-10℃～45℃的工作时候的温度区间，全固态电池耐低温也耐高温，工作范围可拓展到-30℃～100℃。搭载全固态电池后，新能源汽车在冬季续航打折扣、性能变差等问题将得到一定效果解决[5]。

  全固态电池的卤化物抗氧化性好，能适应高电压，硫化物适应低电压，把两者相配合能做成电化学窗口很宽的电池，适应电压范围逐步扩大[5]。

  全固态电池与传统液态电池的最大区别就是把电解液全部升级为固态电解质，从而具备更高的机械强度[5]。

  2023年12月，低空经济在中央经济工作会议上被确立为我国的战略性新兴起的产业，各地纷纷展开试点，推动无人机、eVTOL等应用场景的拓展，勾勒低空经济的发展蓝图。2024年中央及地方政府发布一系列低空经济重大措施，引领低空经济快速发展。

  5月21日，《广东省推动低空经济高水平质量的发展行动方案（2024～2026年）》发布。

  11月27日，《大大降低全社会物流成本行动方案》发布，鼓励发展与低空经济等相结合的物流新模式。

  12月10日，中国气象局发布《低空经济气象科学技术创新工作方案（2024～2030）》。

  12月12日，中央经济工作会议强调，加快发展新质生产力，培育低空经济等未来产业。

  12月23日，《关于加快建设统一开放的交通运输市场的意见》发布，明确持续推进空管改革，发展低空经济。

  中国低空经济联盟相关负责这个的人说，2024年国家对低空经济格外的重视，地方政府积极行动，社会各界热情参加，为我国低空经济全面深入推动打下坚实基础。2025年，低空经济的国家顶层设计、低空经济路线图和相关空中交通的标准与规则、政策法规将会陆续出台，各级地方政府将会加快空中交通网络建设和地面若干飞行服务保障设施建设。到2030年，我国各主要城市将全方面进入低空经济时代。

  低空经济是以低空（1000 m以下）飞行活动为核心，以飞行汽车、eVTOL、低空智联网等技术组成的新质生产力，通过与空域、市场等要素相互作用，带动相关基础设施、飞行器制造、运营服务和飞行保障等领域发展的综合性经济形态[7]。

  eVTOL作为未来低空经济的核心，其能源系统主要由电池组成，电池的单位体积内的包含的能量、安全性和快充性能是eVTOL能源系统的关键指标，由此可见，如何高效储电成为制约低空经济发展的一大难点。

  为保证eVTOL飞行器的性能和市场接受度，eVTOL对电池单位体积内的包含的能量、电池倍率性能和安全性提出了较高要求。当前，绝大多数eVTOL飞行器倾向于采用技术成熟且功率密度较高的锂电池作为动力源。这种选择是因为在现存技术、安全标准、飞行距离、适航认证进度以及成本控制等多方面因素下，锂电池可提供较为均衡的解决方案。

  工信部等四部门发布的《绿色航空制造业发展纲要（2023～2035年）》提出，以2025年实现400Wh/kg级锂电池产品量产、500Wh/kg级产品小规模验证为攻关方向。仅从这一目标要求就可看出，低空飞行器对续驶能力的刚性要求。由于eVTOL垂直起飞所需要的动力，是地面行驶的10至15倍，这对电池的单位体积内的包含的能量提出更加高的要求。正常的情况下，eVTOL百公里耗电量约为65kWh，而电动汽车仅需12～18kWh，相同电池包下续驶能力仅为汽车的1/4。由此，eVTOL对电池单位体积内的包含的能量的要求自然也就更高一些[8]。

  从单位体积内的包含的能量来说，eVTOL垂直起飞所需的动力是地面行驶的10-15倍，商用门槛高达400Wh/kg，而固态电池的能量密度能够达到500Wh/kg，未来2040年目标1000Wh/kg；从充放电倍率来说，eVTOL的飞行需要经历起飞、巡航、降落等阶段，其中起降阶段要求电池的瞬间充放电倍率在5C以上，而固态电池的充电速度比传统锂离子电池快大约5～6倍，≥1000次；从安全性来说，低空经济需要很高的安全性，固态电解质的使用大大降低了电池自燃的风险。所以，eVTOL对电池单位体积内的包含的能量和功率、安全等方面的要求，给固态电池提供了发展空间。

  2024年11月份，亿航智能EH216-S全球首次eVTOL固态电池飞行试验的成功，标志着固态电池在低空经济领域的应用得到了重大突破。在2025年央视总台春晚舞台上，亿航智能EH216-S无人驾驶载人航空器震撼登场，七机同飞的场面，充分体现了亿航智能在无人驾驶、集群调度、安全飞行、高效管控的独特优势和价值得到了广泛认可。

  孚能科技表示，公司eVTOL半固态电池已进入产业化阶段，产品采用高镍三元正极搭配掺硅负极，单位体积内的包含的能量达330Wh/kg、循环寿命超过4000圈，完成设计验证与PV产品验证测试，已向低空经济领域头部客户送样。此外，广州工控集团计划推动孚能科技融入广州市低空经济发展布局，加强与广州小鹏汽车科技有限公司、亿航智能等企业的合作，抢占产业高质量发展先机。目前，孚能科技已与上述企业对接相关需求。

  力神电池研发的高比能电池产品已成功应用于飞行汽车领域，开启了低空交通领域的新篇章。据悉，该产品技术成熟，综合性能优异，具备高单位体积内的包含的能量、高功率性能、高安全性，单位体积内的包含的能量达325Wh/kg，具备3C持续放电和6C脉冲能力，工作环境和温度-30~55°C，并通过了GB38031-2020及150°C热箱等安全测试，支持吨级eVTOL各工况下的使用需求。目前，力神动力电池已完成高比能半固态迭代产品研究开发，可为客户提供更优的电芯轻量化设计的具体方案和巡航能力。

  宁德时代已与上海峰飞航空科技有限公司签署战略投资与合作协议，共同致力于eVTOL航空电池开发。

  上海洗霸科技与中国科学院上海硅酸盐研究所固态电池先进材料联合创新实验室和上海科源固能，完成高比能固态电池软包锂电池联合设计工作，目前已进入小批量生产阶段。据悉，该款产品理论上将率先应用于eVTOL场景。

  恩力动力研发的新型大容量全固态电池在无压力环境下表现出色，实现数百次稳定充放循环且容量保持率超85%，其锂金属固态电池已搭载HAPS试飞成功。

  国轩高科推出的46大圆柱电池则完美匹配无人驾驶eVTOL的动力需求，已具备产业化条件，并与亿航智能达成战略合作。

  虽然固态电池在低空经济中的应用前景广阔，但仍面临诸多挑战。首先，当前固态电池的生产所带来的成本较高，难以满足大规模商业化需求。其次，固态电池的量产工艺尚不成熟，要进一步优化。此外，固态电池在极端温度环境下的性能稳定性仍需提升。为克服这些挑战，需要政府、企业和科研机构一起努力，加大研发投入，完善产业链配套，制定有关标准和规范。

  固态电池作为一种新兴能源技术，在低空经济领域展现出巨大应用潜力。其高能量密度、优异安全性能和快速充电能力，为无人机、电动垂直起降飞行器等低空经济设备提供了理想的能源解决方案。尽管固态电池的商业化仍面临成本高、生产的基本工艺复杂等挑战，但随技术的慢慢的提升和产业链的完善，固态电池有望在未来成为低空经济的核心能源系统，推动低空经济向更高效、更安全、更环保的方向发展。政府、企业和科研机构应加强合作，加大投入，一同推动固态电池技术的研发和应用，为低空经济的发展注入新动能。

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