隨著城市空中交通（AAM）與電動垂直起降飛行器（eVTOL）產業加速發展，能源系統作為核心動力來源，其技術演進正成為推動行業突破的關鍵。其中，固態電池憑借更高能量密度、更卓越的安全性與更長壽命，被視為下一代eVTOL的核心技術支撐。本文將從“技術需求—優勢對比—行業挑戰—發展前景”四大維度，深度解析固態電池如何成為eVTOL的最佳能量解決方案。

一、eVTOL能源系統的重要性：續航與安全的關鍵樞紐

作為飛行器的“心臟”，eVTOL能源系統主要由動力電池組、電源管理系統、高壓配電單元、熱管理系統、快充接口及線束等組成。通常占整機重量約30%，其性能直接決定了：

• 飛行續航里程

• 垂直起降能力

• 整體經濟性與運營效率

從成本結構來看，eVTOL能源系統約占整機BOM成本的10%~20%，低于推進系統及結構成本，但由于航空電池對安全性、耐久性、輕量化要求極高，其價值量遠超汽車動力電池。
航空級電池 Pack 成本約 2元/Wh，為車規電池的 3–5 倍。以 200kWh 能量設計計算，其成本可達 40萬元以上，甚至超過部分新能源車整車價格。

因此，更高比能、更高比功率、更高安全性與更長壽命的能源系統，是eVTOL商業化的必然要求。

二、eVTOL電池五大核心要求：傳統液態鋰電池難以滿足

1. 高比能量：400Wh/kg成為關鍵門檻

為實現 300km 城市與城際航線覆蓋，eVTOL需搭載約 200kWh 能量，而能源系統重量需控制在 600kg 左右，因此比能量必須達到 330Wh/kg 以上，甚至更高。

2. 高比功率：滿足垂直起降需求

eVTOL在懸停階段需維持 5C 放電能力，整機功率負載達 4–5kW/kg。以 2 噸級 eVTOL 為例，懸停功率需接近 500kW，電池比功率需超過 1.2kW/kg。

3. 航空級高安全性：零容錯原則

在任何單點故障或多重故障情況下，電池必須避免熱失控、火災、爆炸等災難性事故。

4. 快充能力：15分鐘充至80%

商業化運營要求電池支持 5C 快充，15 分鐘內補能，提高飛機周轉效率。

5. 長循環壽命：≥500次，最好達到1000次

以高頻運營（每天8次飛行）測算，航空電池需支持 一年1600次飛行，因此壽命要求遠高于車用電池。

而傳統液態鋰電池在能量密度、安全性和壽命方面均存在明顯短板，難以滿足航空應用需求。

三、固態電池：eVTOL能源系統的最優解

作為顛覆性技術，固態電池以固態電解質取代可燃液態電解液，在以下三大方面實現突破，為eVTOL帶來飛躍式升級。

1. 更高的能量密度：突破400Wh/kg

固態電池具備高能量密度特性，可輕松突破 400Wh/kg，實現更長續航、更大載重，為eVTOL航程擴展奠定基礎。

2. 更高安全性：完全消除可燃電解液風險

固態電解質不燃、不揮發，可有效抵抗刺穿、短路、碰撞等極端工況，大幅降低熱失控風險，符合航空業“零容錯”標準。

3. 更長壽命與快充能力：提升商業運營效率

固態電池可滿足：

• 1000+循環壽命

• 高倍率快充

• 高能量密度與高安全性同時兼顧

徹底解決液態鋰電池在“長壽命+高倍率”之間難以平衡的痛點。

四、固態電池量產的四大挑戰：產業規模化仍在突破中

盡管固態電池優勢顯著，但要實現大規模商業化仍需跨越四大核心難關。

挑戰一：固-固界面關鍵技術瓶頸

• 固-固接觸不穩定：充放電導致體積變化，使界面產生裂紋、接觸不良，影響壽命。

• 界面阻抗高：固態電池點接觸導致鋰離子傳輸效率下降。

• 離子電導率偏低：與液態電解液相比仍需提升。

挑戰二：工藝適配度不足，設備要求極高

• 干法成膜難度大，效率不如濕法工藝

• 輥壓、等靜壓設備需高精度與高壓力（600MPa）

• 硫化物電解質需要全封閉惰性環境，成本高昂

挑戰三：核心材料成本過高

固態電解質材料價格遠高于液態電解液：

• 硫化物電解質：200–250萬元/噸

• 氧化物電解質：30–40萬元/噸

• 聚合物電解質：50–60萬元/噸

加之硅基負極與高純鋰金屬成本高企，進一步推升整體成本。

挑戰四：量產體系尚不成熟

• 全新產線投資巨大（單GWh需4–5億元）

• 供應鏈協同不足，關鍵材料產能有限

2024年固態電池全球產能不足 20GWh，僅占鋰電池總產能的 0.5%，規模效應缺失使其價格難以下降。

五、未來展望：eVTOL與固態電池的雙向成就

隨著eVTOL產業進入“量產前夜”，固態電池作為突破續航、安全與輕量化的關鍵，將成為推動行業進階的核心動力：

• eVTOL為固態電池提供了高價值、高增長的應用場景

• 固態電池則賦予eVTOL更長航程、更高安全性與更低運營成本

二者相互促進、協同發展，將共同開啟城市空中交通新時代。

在投資方向上，可重點關注：

• 固態電池材料企業

• 固態電池工藝設備制造商

• eVTOL整機企業及能源系統供應鏈企業

固態電池的技術突破與規模化進展，將直接決定未來eVTOL產業商業化落地的速度與深度。