2081
編者按：低空經(jīng)濟作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，科技含量高、創(chuàng)新要素集中，具有產(chǎn)業(yè)鏈條長、應用場景復雜、使用主體多元、涉及部門和領域多等特點以及明顯的新質(zhì)生產(chǎn)力特征，2030年低空經(jīng)濟有望形成萬億級市場規(guī)模。中國電子報特推出“低空經(jīng)濟發(fā)展五問”系列報道，從政策、技術、產(chǎn)品及應用等多維度深度解析低空經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢、瓶頸。敬請關注。
當前，低空經(jīng)濟迅速興起，“低空+”應用場景正在拓寬人們的想象空間。無人駕駛、數(shù)字低空、綠色能源成為其主要發(fā)展方向。動力電池是綠色能源的代表，其不僅是新能源汽車三大核心部件之一，也是航空器的核心部件，其性能直接決定了航空器的航程、平穩(wěn)性、安全性和運營效率。
動力電池是無人機重要部件之一，“隨著技術的進步，相信會在新興行業(yè)看到更多無人機創(chuàng)新應用?！鄙钲诖蠼畡?chuàng)新科技有限公司高級企業(yè)戰(zhàn)略總監(jiān)張曉楠向《中國電子報》記者表示。2024年3月，工信部等四部門聯(lián)合發(fā)布《通用航空裝備創(chuàng)新應用實施方案（2024-2030年）》提出，加速通用航空動力產(chǎn)品系列化發(fā)展。加快布局新能源通用航空動力技術和裝備，推動 400Wh/kg 級航空鋰電池產(chǎn)品投入量產(chǎn)，實現(xiàn) 500Wh/kg 級航空鋰電池產(chǎn)品應用驗證。
低空經(jīng)濟正孕育萬億級市場規(guī)模，在政策推動下，各大企業(yè)積極切入航空器動力產(chǎn)品賽道，搶占市場先機的同時也加速破解低空飛行續(xù)航焦慮。
要“上天”的電池市場潛力大
目前，民用無人機已成為中國低空經(jīng)濟發(fā)展的主力機型。eVTOL（載人電動垂直起降飛行器）作為前沿賽道，則是潛力機型。
賽迪顧問數(shù)據(jù)顯示，2023年我國民用無人機產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到1174.3億元，同比增長32%。其中，工業(yè)級無人機產(chǎn)業(yè)規(guī)模達766.8億元，占比達65.3%，行業(yè)應用深度和廣度不斷提升。據(jù)賽迪顧問智能裝備產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理楊嶺初步估計，電池占相關飛行器成本約在三成左右。業(yè)界普遍認為，到2026年我國低空經(jīng)濟規(guī)模有望突破萬億元，因此電池市場潛力巨大。
“隨著政策支持力度不斷加大，未來低空經(jīng)濟體、低空經(jīng)濟技術、低空經(jīng)濟應用、低空經(jīng)濟供應鏈都會有很大發(fā)展，其中低空經(jīng)濟電池市場需求量至少在千億元級別?！蔽靼采Ｄ茉纯萍加邢薰靖笨偨?jīng)理陸建軍告訴《中國電子報》記者。對于潛力機型eVTOL，賽迪顧問數(shù)據(jù)顯示，2023年，我國eVTOL產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到9.8億元，同比增長77.3%。預計2024年eVTOL產(chǎn)業(yè)將迎來第一輪商業(yè)化爆發(fā)周期，規(guī)模將大幅提升，到2026年將達到95.0億元。
華西證券認為，eVTOL作為低空經(jīng)濟的重要載體具備多重優(yōu)勢，就產(chǎn)業(yè)鏈而言，三電系統(tǒng)（電池、電機、電控）成本占比較高，在eVTOL廣闊市場規(guī)模的帶動下，產(chǎn)業(yè)鏈上游的三電系統(tǒng)市場有望蓬勃發(fā)展。根據(jù)高工鋰電預測，2030年我國無人機（不含eVTOL）用鋰電池市場規(guī)模有望超千億元；eVTOL用鋰電池市場規(guī)模將于2040年超萬億元。
在政策助推下，無論是電池企業(yè)還是航空器制造商均對航空動力產(chǎn)品研發(fā)熱情高漲。
小鵬匯天動力團隊自主設計了兼顧高安全和高性能的ENP動力總成技術架構（包含由動力電池包構成的能量單元），其中電芯采用的是高鎳摻硅鋰電池體系。
億航智能于2023年底與國軒高科簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同開發(fā)基于億航智能無人駕駛eVTOL產(chǎn)品的動力電芯、電池包、儲能系統(tǒng)和充電基礎設施，打造符合中國民用航空局適航標準的eVTOL動力電池解決方案。億航智能副總裁賀天星告訴記者，今年4月，億航智能與廣州巨灣技研簽訂戰(zhàn)略合作，將推出全球首款eVTOL航空器超快/極快充電池。
西安瑟福能源科技有限公司一直致力于無人機鋰電池研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，擁有“高倍率電池、高能量密度電池、寬溫域電池和高安全電池”等核心技術。公司致力于技術研發(fā)與儲備，規(guī)劃建設無人機電池產(chǎn)業(yè)園，打造無人機電池研發(fā)、測試、生產(chǎn)制造等新基地。
記者了解到，寧德時代、中創(chuàng)新航、力神等鋰電池企業(yè)已經(jīng)開展了航空級電池的技術攻關，且部分企業(yè)已經(jīng)推出了航空級電池產(chǎn)品。不過，截至記者發(fā)稿時，上述企業(yè)并未予以回應。美團、順豐等企業(yè)也表示因無人機電池問題非常敏感，婉拒了本次采訪。大疆亦未正面回答電池相關問題。
固態(tài)電池呼聲高
相比新能源汽車，低空航空器對動力電池性能要求更加嚴苛。以eVTOL為例，其平均功率需求是同等重量汽車的30~40倍，峰值功率需求是同等重量汽車的5~10倍，這意味著對動力系統(tǒng)的功率密度和能量密度均有著極高要求。除了高功率密度、高能量密度、低成本、長循環(huán)使用壽命外，低空航空器對電池安全性、快充等要求也遠遠超過車用電池。另外，用于低空飛行場景也意味著電池要更輕量化。
液態(tài)鋰離子電池屬于當前商業(yè)成熟度較高的一類電池，在新能源汽車、消費電子等領域應用廣泛。目前民用無人機、eVTOL使用的基本上都是液態(tài)鋰離子電池。但其并非“長久之計”，固態(tài)電池呼聲越來越高。“目前市場上主流的低空飛行器通常采用能量密度280-320Wh/kg的鋰離子電池，這類電池的正極通常采用鈷酸鋰材料或者三元材料，負極通常采用人造石墨或者硅碳負極材料。該類電池能量密度較高、高倍率放電性能方面可滿足低空飛行器的短時使用需求，但從長期來看，該類電池的能量密度仍無法覆蓋低空飛行器所有的應用場景，例如eVTOL或其他大型電動飛行器需要跨城區(qū)遠距離飛行（>250km）?！?/p>
欣旺達動力中央研究院院長徐中領在接受《中國電子報》記者采訪時表示?！癳VTOL要求電池高安全、高能量密度、高功率密度，固態(tài)/半固態(tài)電池或為未來主流路線。”中國航空器擁有者及駕駛員協(xié)會秘書長陳國華指出，“固態(tài)電池的技術路線眾多，目前Li-LMO（鋰金屬負極-鋰金屬氧化物正極）是全球電池廠主流布局路線?！迸c傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池相比，固態(tài)電池放棄了液態(tài)電解質(zhì)，轉而采用固態(tài)電解質(zhì)材料。除了能量密度高這一顯著優(yōu)勢外，其還擁有不易燃，可以做得更輕、更薄、更柔性，冬天電池容量衰減慢等特點。
據(jù)悉，沃飛長空目前采用的是半固態(tài)電池，該公司相關負責人向記者表示，作為下一代電池技術，固態(tài)電池本身的六邊形屬性讓市場對其抱有極高的期待。而eVTOL是一種純電動的低空航空器，對研發(fā)廠商來說，電池的續(xù)航能力也是非常關注的，不僅關系到產(chǎn)品的飛行距離和范圍，同時更強的電池續(xù)航能為eVTOL提供額外的安全余量，從而提高飛行的安全性。因此，公司很期待未來能見到更多優(yōu)秀的固態(tài)電池產(chǎn)品出現(xiàn)，為電動航空業(yè)提供更多可能。
不過，目前固態(tài)電池技術也并非完美無暇。“固態(tài)電池被視為下一代儲能技術，理論上能夠提供更高的能量密度、更快的充電速度和更好的安全性，但其商業(yè)化應用仍面臨成本高昂、生產(chǎn)規(guī)模小、循環(huán)使用壽命不穩(wěn)定等挑戰(zhàn)。”小鵬匯天副總裁仇明全表示。eVTOL用電池不僅需要高能量密度，還要高功率密度，固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)，功率密度相對液態(tài)鋰離子電池更低，因此提高功率密度是其需要解決的一個關鍵問題。
此外，成本也是不容忽視的因素?！叭虘B(tài)電池目前成本較高，即使采用低成本聚合物復合固態(tài)技術路線成本也比目前液態(tài)電池高出數(shù)倍，從而限制了普及應用。從中短期來看，低空飛行器電池市場仍是以兼具低成本、高功率、高安全的半固態(tài)電池為主?！毙熘蓄I坦言。據(jù)介紹，目前欣旺達動力第一代300Wh/kg半固態(tài)電池已完成開發(fā)，第二代半固態(tài)電池產(chǎn)品正處于中試開發(fā)階段，其能量密度可達400 Wh/kg。大于500 Wh/kg能量密度的固態(tài)電池已有實驗室樣品。
談“最終技術路線”為時尚早
對于低空航空器綠色動力系統(tǒng)而言，液態(tài)鋰電池、半固態(tài)鋰電池、全固態(tài)鋰電池均有各自優(yōu)缺點，那么最終技術路線會是哪個呢？
目前，謎底還很難揭曉，不僅僅是鋰電池，氫動力、可持續(xù)燃料動力等其他技術路線都在加速攻關。
“eVTOL、無人機目前主要采用的是鋰離子電池，鋰離子電池綜合技術近年來發(fā)展也較為迅速。此外也有采用氫能作為動力源的，氫能能量密度高是優(yōu)勢，但氫能的氫燃料電池技術成本以及氫的制備、存儲、運輸、成本、安全等都待解決。固態(tài)電池能量密度高，但其倍率性能、循環(huán)使用壽命、制造成本、產(chǎn)業(yè)化也待解決。液態(tài)鋰電池、氫能、固態(tài)鋰電池等產(chǎn)品方向都在持續(xù)開展技術迭代升級、成本優(yōu)化等工作，目前來看很難看出哪個是最終技術路線。”陸建軍表示。
2024年3月，工信部等四部門聯(lián)合發(fā)布《通用航空裝備創(chuàng)新應用實施方案（2024-2030年）》提出，以電動化為主攻方向，兼顧混合動力、氫動力、可持續(xù)燃料動力等技術路線，加快航空電推進技術突破和升級。地方低空經(jīng)濟政策也都瞄準動力系統(tǒng)技術攻關。
《廣東省推動低空經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展行動方案（2024—2026年）》指出，開展高能量密度航空動力電池技術等自主可控技術協(xié)同攻關。推動航空固態(tài)電池、氫燃料電池、可持續(xù)航空燃料等動力技術的商業(yè)化?！侗本┦写龠M低空經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動方案（2024-2027年）（征求意見稿）》明確指出，積極發(fā)展氫能、生物燃料電池等新能源、高效動力發(fā)動機系統(tǒng)，推進輕質(zhì)、高強比材料開發(fā)。
此外，《房山區(qū)低空經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案（2024—2027年）（征求意見稿）》提出，支持固態(tài)鋰電池、石墨烯電池、氫內(nèi)燃機等航空動力用產(chǎn)品研制及應用驗證，引入和培育混電推進系統(tǒng)。
《安徽省發(fā)展改革委關于印發(fā)安徽省加快培育發(fā)展低空經(jīng)濟實施方案（2024—2027年）及若干措施的通知》提出，聚焦中小微型航空發(fā)動機、動力電池、燃料電池、混合動力系統(tǒng)、機載系統(tǒng)及飛控系統(tǒng)等關鍵系統(tǒng)、零部件、關鍵材料及元器件，開展技術攻關。
突出發(fā)展高能量密度、高放電效率、高安全性的動力電池技術以及高可靠性、高功重比、高效率的電推進技術，前瞻謀劃氫燃料存儲技術、氫燃料電池技術、氫內(nèi)燃、氫渦輪發(fā)動機技術、氫渦輪混合電推進技術。值得一提的是，盡管“機用”動力電池與“車用”有所不同，但關系密切，新能源汽車用動力電池企業(yè)切入低空經(jīng)濟賽道更被業(yè)界看好。
“新能源汽車用動力電池正朝著高比能高安全快速補能方向發(fā)展，這一點和電動飛行器動力電池的發(fā)展方向是一致的。特別是重載型（噸級以上）的電動飛行器，其電池包整體的容量也會更接近新能源汽車。因此動力電池企業(yè)在電芯、電池、系統(tǒng)的研發(fā)設計、制造、應用方面，都有成熟的經(jīng)驗可以遷移到電動飛行器相關產(chǎn)品開發(fā)中。”徐中領告訴記者。例如在電動汽車領域，目前“三元+硅基”體系以及圓柱、軟包、方殼電池也都有了成熟的應用，均可為電動飛行器動力電池的選擇應用提供參考。
不過，他坦言，電動飛行器電池需要既有高能量密度、又有高功率密度，同時對電池的安全可靠性要求極為嚴苛，動力電池企業(yè)仍需要積極發(fā)揮自身優(yōu)勢，提升電池短板?！靶履茉磩恿﹄姵仄髽I(yè)方面，由于汽車動力電池專注于能量密度，其無人機電池高倍率與高功率密度兼顧技術經(jīng)驗目前還稍顯不足，但其成熟的電源管理系統(tǒng)方面具備優(yōu)勢?！?/p>
陸建軍表示。楊玲認為，新能源汽車用動力電池企業(yè)有著自身成熟的批產(chǎn)經(jīng)驗，對產(chǎn)品一致性把控上有著先發(fā)優(yōu)勢，研制能力相對較強。
作者丨徐恒編輯丨邱江勇美編丨馬利亞監(jiān)制丨趙晨
下載ECAD模型
