eVTOL电池篇：固态电池曙光在即，eVTOL有望迎来全新升级

固态电池曙光在即，eVTOL有望迎来全新升级——eVTOL电池篇证券分析师：李景星 S0370522090001行业评级：增持证券研究报告交通运输行业/行业深度报告2025年11月30日目录一、eVTOL对于能源系统提出全新要求二、固态电池：eVTOL电池的理想解决方案三、曙光在即，固态电池面临的挑战与机遇四、相关上市公司风险提示：产业化进程不及预期，固态电池大规模量产遇到挑战；技术突破与工艺创新遭遇瓶颈；政策支持力度不及预期；原材料成本和制造成本压降不及预期一、eVTOL对于能源系统提出全新要求1.1 eVTOL中能源系统的重要性•成本方面，能源系统通常在整体BOM中占比10%-20%左右，取决于具体构型和产品设计。根据Lilium数据，其eVTOL的能源系统成本占比约10% ，推进系统占比约40%，结构和内饰占比约25%，航电和飞控占比约20%，装配件占比约5%。一方面，受益于新能源车产业的蓬勃发展，锂电池产业链的成本得到整体压降；另一方面，在分布式电推进技术下，eVTOL需要多个高功率电机和电控系统，使得动力系统的成本占比达40%以上，占到大头；另外，为满足轻量化需求，大量的碳纤维复合材料也占据大量成本，因此能源系统在eVTOL整机成本中的相对占比不高。资料来源： 《eVTOL基础知识》 ，Lilium 官网，金元证券研究所整理40%25%20%10%5%动力系统机身结构&内饰航电&飞控能源系统装配Lilium成本结构eVTOL中的能源系统能源系统作为eVTOL的能量储存和释放来源，决定着航行过程中的续航里程和起降能力，是eVTOL中的核心系统之一，主要由动力电池组（Pack）、电源管理系统（BMS）、高压配电单元、热管理系统、快充接口与线束等关键部件构成。通常，整个能源系统在eVTOL中的重量占比在30%左右，根据构型、设计航程和有效载荷会有所差异。•然而，eVTOL能源系统的价值量却并不低，由于“开发周期长、材料成本高、产品要求严、测试环节多”等因素，航空级电池Pack的成本在2元/Wh左右，是车规动力电池的3-5倍，若按照200kWh设计能量推算，成本可以达到40万元，已经超过大部分新能源车整车价格；若考虑后续电池需要更换、拆解，则实际成本更高。1.2 eVTOL对电池提出更高要求eVTOL在初步设计阶段需重点考虑对于能源系统的需求，设计步骤如下：Step 1：根据市场调研明确eVTOL的应用场景和相对应的功能需求（如载货vs载人、长途vs短途、城市vs城际等），决定合适的构型并提出最大起飞重量、有效载荷、续航里程等性能要求；Step 2：根据上述性能要求开展产品设计，包括浆盘载荷、功率载荷、悬停效率、升阻比等；Step 3：测算eVTOL在飞行的5个阶段（初始悬停、起飞爬升/上升过渡、巡航飞行、下降过渡、着陆悬停）中所需的任务功率，结合每个阶段的任务时间，计算出eVTOL在飞行过程中所需总共的电池能量；Step 4：根据电池能量的总需求，通过电池包的比能量倒算出电池包重量；Step 5：进行重量汇总并不断调整重量设计，在机身结构、动力系统、有效载荷等进行重新重量分配，并反复重算、试验以达到重量分配的最优解。综合来看，eVTOL电池相较新能源车用电池在比能量、比功率、充电倍率、循环次数与安全性五大维度上都提出了更高的要求：资料来源：《电动垂直起降飞行器的技术现状与发展》，《eVTOL基础知识》，金元证券研究所整理eVTOL电池目标新能源车用电池比能量初步门槛300Wh/kg；大规模应用需达到500Wh/kg三元锂200Wh/kg；磷酸铁锂150Wh/kg比功率持续 1.2 kW/kg峰值 4-5 kW/kg（起飞/降落）持续 0.6 kW/kg峰值 1-1.5 kW/kg充电倍率>5C1C-2C，超充可达4C循环次数500次以上，1000次为目标三元锂1000次 - 2000次磷酸铁锂3000次- 4000次安全性极高较高eVTOL电池较新能源车用电池要求更高1.3（1）核心要求一：高比能量核心要求一：高比能量•eVTOL重量分配可谓“存克存金”，目前大部分eVTOL重量在2吨以下，意味着能够分配给能源系统的重量在600kg左右（30%占比），若需要满足200kwh的能量设计以较好完成城市、城际的运输要求（对应航程约300km），则能源系统的比能量需要达到330Wh/kg。另外，还需考虑到:①包装损失：电池包装（ BMS、线缆和外壳）会损失 20%-30%的能量；②老化损失：电池材料老化过程会损失 1-10%的能量；③充放不完全损失：由于无法完全充电和自动放电，也会损失 5-10%能量；④安全冗余：安全备用电量20%左右。•因此，电池的比能量需要在400Wh/kg以上。另外，电池老化会使得内部阻抗会增加，降低峰值功率，使起降过程变得极其危险；所以对于eVTOL而言，当电池的健康状态达到 90%的时候就需要更换电池；较新能源车要求更严格（80%健康状态以下需更换电池）。•比能量的大小决定了电池容量的大小，进而决定了航程的长短：当电池的比能量突破300Wh/kg，对应可支持续航200-250km；若比能量进一步提升至400Wh/kg，则能够支持续航300km；若比能量进一步提升至600Wh/kg，则能够支持续航400km。•《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》和《绿色航空制 造 业 发 展 纲 要 （ 2023-2035 年 ） 》 对 eVTOL 电 池 提 出 “ 推 动 400Wh/kg 级航空锂电池产品投入量产，实现 500Wh/kg 级航空锂电池产品应用验证 ”的要求。比能量提升使得eVTOL巡航航程有所突破资料来源：《CO2 emissions from electric flying cars_ Impacts from battery specific energy and grid emission factor》，金元证券研究所整理1.3（2）核心要求二：高比功率核心要求二：高比功率•比功率用来衡量能量系统可以以多快的速度提供功率，决定了eVTOL 整机的起降能力以及加速性能。在eVTOL巡航阶段电池保持在1C左右的放电倍率即可；然而，在垂直起降阶段需要瞬间释放巨大功率，功率需求是巡航阶段的4倍，要求电池在30%SOC时仍具备12C放电能力。•在悬停阶段，需要电池维持在5C左右的放电能力，考虑到目前大部分eVTOL的功率载荷在4-5kw/kg（主要取决于产品设计和构型），则2吨级的eVTOL需要满足500kw左右的悬停功率，因此需要电池的比功率在1.2kW/kg以上。•新能源车对于功率需求相对平缓，主要满足加速和爬坡需求，因此eVTOL电池相对要求要更高。对比维度eVTOL航空级电池新能源车电池功率密度>1.2kW/kg>0.6kW/kg放电倍率5C以上（起降阶段）0.5C-2.5C瞬时功率起降时达12C脉冲相对较低eVTOL电池需求与锂电池技术发展趋势资料来源：《The promise of energy-efficient battery-powered urban aircraft》 ，金元证券研究所整理由上图可见，锂电池在比能量和比