Les fabricants de batteries au lithium se disputent l'économie de basse altitude, et les batteries d'aviation deviennent un champ de bataille

Les fabricants nationaux de batteries au lithium se disputent les eVTOL (aéronefs électriques à décollage et atterrissage verticaux) pour l'économie à basse altitude.

Récemment, le fabricant de batteries Xinwanda a sorti la dernière batterie d'aviation "Xin Yunxiao 2.0" et a annoncé que son produit de première génération avait été produit en série ; d'autre part, le géant des batteries CATL a également annoncé qu'il avait obtenu la certification internationale du système de gestion de la qualité aérospatiale et qu'il répondait officiellement aux normes de l'industrie aéronautique ; plus tôt en mars, Yiwei Lithium Energy a annoncé qu'elle deviendrait le fournisseur de batteries au lithium basse tension pour le prototype d'avion de nouvelle génération de la société de voitures volantes Xiaopeng Huitian. Un journaliste du China Times a constaté que de nombreux fabricants de batteries, dont CATL (300750.SZ), Xinwanda (300207.SZ), Farasis Energy (688567.SH), Yiwei Lithium Energy (300014.SZ), Zhongxin Aviation (HK3931) et Guoxuan High-tech (002074.SZ), sont entrés successivement dans le domaine des batteries d'aviation.

Pourquoi la batterie d'aviation est-elle devenue un champ de bataille pour les fabricants de batteries au lithium ?

De nombreux initiés de l'industrie ont déclaré au journaliste du China Times qu'il y avait deux facteurs majeurs derrière cela : Premièrement, l'industrie des batteries au lithium est tombée dans une grave concurrence interne ces dernières années, et les entreprises ont un besoin urgent de trouver de nouveaux espaces de marché pour briser le dilemme ; deuxièmement, l'économie à basse altitude est une nouvelle voie, et son marché dérivé des batteries d'aviation est encore au stade de la recherche et du développement, le modèle de concurrence du marché n'a pas encore été établi, et les perspectives de développement sont larges. Guojin Securities a publié un rapport de recherche en avril de cette année et a prédit que d'ici 2030, le marché national des batteries eVTOL atteindra 112,6 milliards de yuans.

"À l'heure actuelle, de nombreux fabricants de batteries de premier plan au niveau national déploient activement leurs activités dans le domaine de l'industrie à basse altitude, et considèrent les batteries d'aviation comme une voie stratégique, et l'intensité des investissements a considérablement augmenté." Wang Zeshen, secrétaire général de la China Chemical and Physical Power Industry Association, a déclaré dans une interview au journaliste du China Times.

"Maintenant, l'industrie des batteries au lithium est sérieusement impliquée, et la plupart des fabricants ne devraient pas seulement l'essayer, mais veulent faire de grands efforts pour le faire, car c'est un bon point d'entrée pour briser la situation interne actuelle de l'industrie." Mo Ke, rédacteur en chef de l'Institut de recherche Zhenli, a déclaré à ce journaliste.

Cependant, à l'heure actuelle, il existe encore un grand écart entre "l'idéal" et la "réalité". En tant que nouveau type d'avion, la puissance requise pour le décollage vertical des eVTOL est de 10 à 15 fois supérieure à celle des déplacements au sol, et l'exigence de densité énergétique de la batterie est beaucoup plus élevée que celle des batteries automobiles. À l'heure actuelle, la densité énergétique des batteries au lithium courantes est généralement d'environ 150Wh-250Wh/kg. Pour les eVTOL, son application commerciale à grande échelle nécessite des batteries avec une densité énergétique de ≥400wh/kg.

Cela signifie que pour la plupart des fabricants de batteries au lithium, il reste encore un long chemin à parcourir pour gagner le "gâteau" des batteries d'aviation.

Entrée : Sprint de la densité énergétique

La densité énergétique de la batterie ≥400wh/kg est la condition préalable pour que les eVTOL volent réellement à grande échelle, et c'est également le premier obstacle que les fabricants de batteries au lithium doivent franchir pour entrer dans l'économie à basse altitude.

Lors de la 17e exposition internationale de technologie des batteries de Shenzhen qui s'est tenue récemment, Xinwanda a officiellement lancé le produit de batterie d'aviation "Xin Yunxiao 2.0", avec une densité énergétique de 360Wh/kg. Il s'agit du produit de deuxième génération lancé par Xinwanda depuis qu'il a mis en place l'économie à basse altitude en 2023. Son produit de première génération aurait été produit en série et a achevé la vérification de vol de 100 kilomètres d'un avion de 100 kilogrammes.

Xu Zhongling, directeur de l'Institut de recherche Xinwanda, a révélé que l'entreprise pré-recherche également des batteries d'aviation de 400Wh/kg. Dans le même temps, une feuille de route de mise à niveau technologique de cinq générations a été formulée, et il est prévu d'atteindre l'objectif de dépasser 500Wh/kg de la densité énergétique des batteries tout-solide en 2027.

En revanche, le leader de l'industrie CATL est entré dans le jeu plus tôt et a une longueur d'avance dans le processus de recherche et développement. Dès juillet 2023, CATL et COMAC et d'autres entités ont créé conjointement COMAC Times (Shanghai) Aviation Co., Ltd. En août 2024, CATL a investi des centaines de millions de dollars dans Fengfei Aviation, un important constructeur national d'eVTOL, pour démarrer officiellement la mise en œuvre des batteries d'aviation. En juin de cette année-là, Zeng Yuqun, président de CATL, a révélé lors d'un événement public que l'entreprise avait réussi à tester un avion électrique civil de 4 tonnes et accélérait la recherche et le développement d'un avion électrique de 8 tonnes. La batterie utilisée dans ce projet est une batterie à état condensé, avec une densité énergétique d'une seule cellule allant jusqu'à 500Wh/kg.

En janvier de cette année, l'eVTOL de 2 tonnes de Fengfei Aviation équipé de batteries CATL a officiellement fait ses débuts au Gala du Festival du Printemps. Récemment, CATL a également annoncé qu'elle avait réussi la certification du système AS9100, la norme de qualité la plus élevée dans le domaine aérospatial mondial, indiquant que les produits de l'entreprise ont des qualifications internationales dans les domaines des drones et des eVTOL.

En plus des leaders de l'industrie, un certain nombre de fabricants de batteries au lithium se lancent également dans le développement de batteries d'aviation. Farasis Energy affirme que l'entreprise est devenue l'une des rares entreprises au monde à avoir produit en série et installé des batteries eVTOL et à avoir effectué des dizaines de milliers de tests réels, et les batteries semi-solides eVTOL de l'entreprise sont entrées dans la phase d'industrialisation. Dans une interview en décembre de l'année dernière, Jiang Weiran, directeur de l'Institut de recherche Farasis Energy, a révélé que la batterie semi-solide de troisième génération de l'entreprise est en phase de vérification du produit, avec une densité énergétique de 400Wh/kg.

En outre, Ji Yajuan, directeur de l'Institut de recherche sur les matériaux de pointe d'EVE Energy, a révélé lors d'un événement en avril de cette année que la technologie de batterie à emballage souple à base de silicium de l'entreprise a fait des progrès significatifs, avec une densité énergétique du produit allant jusqu'à 380Wh/kg, ce qui peut fournir un support énergétique aux aéronefs à basse altitude. En mars de cette année, Yiwei Lithium Energy a annoncé que l'entreprise avait reçu un avis de développement désigné par le fournisseur de la société de voitures volantes Xiaopeng Huitian, et fournirait à cette dernière la batterie au lithium basse tension de nouvelle génération du prototype.

"À l'heure actuelle, les principaux fabricants de batteries ont considéré les batteries d'aviation comme la 'deuxième courbe de croissance', et les investissements en R&D ont continué d'augmenter. L'industrie dans son ensemble est dans la phase de 'vérification technique - production d'essai à petite échelle'." Zhang Ruifeng, président de l'Institut de recherche automobile et aéronautique de Shenzhen, a déclaré dans une interview à un journaliste du China Times que l'économie à basse altitude est devenue une place forte stratégique pour les fabricants de batteries. Le cœur réside dans la triple impulsion des dividendes politiques, des mises à niveau technologiques et des océans bleus du marché. Du point de vue des besoins d'itération technologique, la technologie traditionnelle des batteries automobiles approche la saturation, et les batteries d'aviation, en tant que nouvelle voie, nécessitent une densité énergétique plus élevée, une densité de puissance plus élevée et une fiabilité en environnement extrême. Cela fournit aux fabricants de batteries un "nouveau champ de bataille" pour les percées technologiques. Les technologies de pointe telles que les batteries au lithium métal et les batteries à l'état solide peuvent contourner les barrières traditionnelles des brevets des batteries au lithium et réaliser des dépassements dans les couloirs.

"La concurrence internationale actuelle dans le domaine des batteries d'aviation présente une situation de 'Trois Royaumes'. Premièrement, des géants internationaux tels que SES aux États-Unis et Bosch en Allemagne sont entrés dans la chaîne d'approvisionnement des principaux fabricants d'eVTOL tels que Joby en vertu de leur technologie de pointe des batteries au lithium métal, mais leur capacité de contrôle des coûts est faible, et le coût par Ah est de 2 à 3 fois supérieur à celui des entreprises nationales ; deuxièmement, les principales entreprises nationales s'appuient sur les avantages des coûts de la chaîne d'approvisionnement et le soutien politique pour dominer les domaines de puissance moyenne et faible (tels que les drones de moins de 100 kW), mais le marché haut de gamme (tel que les eVTOL habités) doit encore franchir la barrière de la certification de navigabilité ; troisièmement, les acteurs transfrontaliers tels que GAC Aion, Geely et d'autres constructeurs automobiles ont développé leurs propres batteries, essayant d'ouvrir la boucle fermée 'véhicule-batterie', mais leur accumulation de technologie aéronautique est insuffisante, et il est difficile d'ébranler la position des fabricants de batteries professionnels à court terme." Zhang Ruifeng a déclaré.

Dilemme : Résoudre le triangle inaccessible

La soi-disant batterie d'aviation fait référence à la batterie d'alimentation utilisée par les aéronefs à basse altitude eVTOL. Les eVTOL peuvent être divisés en eVTOL habités et de transport de marchandises. Les eVTOL de transport de marchandises équivalent à de gros drones, tandis que les eVTOL habités équivalent à de petits avions. Ce dernier est la principale direction du développement économique à basse altitude et l'objectif principal des principaux fabricants de batteries au lithium.

Par rapport aux batteries de véhicules à énergie nouvelle, les batteries d'aviation ont des exigences plus strictes en matière d'indicateurs de performance. Wang Zeshen a présenté que cela se reflète principalement dans trois aspects. Premièrement, la densité énergétique doit dépasser 400-500Wh/kg, dépassant de loin les 200-300Wh/kg des batteries automobiles, afin de répondre aux exigences d'endurance et de charge de l'avion ; deuxièmement, la puissance de sortie doit prendre en compte le décollage et l'atterrissage à un taux de 8-10C et la croisière à 3-5C, et la batterie doit avoir une capacité de décharge à haut débit ; enfin, la sécurité doit répondre au risque zéro défaillance dans des conditions extrêmes (telles que une chute de 15 mètres, une basse température de 20℃), et une alimentation redondante doit être garantie en cas de défaillance.

Pour cette raison, une densité énergétique élevée, un taux de charge et de décharge élevé et une sécurité élevée sont également appelés le "triangle inaccessible" des batteries d'aviation. La solution pour les principaux fabricants de batteries au lithium est de parvenir à un équilibre entre les trois avec de nouvelles technologies, notamment les batteries à l'état solide et les batteries au lithium métal. Par exemple, CATL a augmenté la densité énergétique à 500wh/kg grâce à des batteries condensées ; Xinwangda a d'abord emprunté la voie de la batterie semi-solide et développe des batteries tout-solide pour améliorer la densité énergétique et la sécurité.

Cependant, la technologie actuelle des batteries à l'état solide n'a pas encore mûri, les fabricants de batteries doivent donc encore faire des compromis entre les trois. Xu Zhongling a un jour révélé dans une interview : "Par exemple, dans certains scénarios de décollage et d'atterrissage à haute fréquence et sur de courtes distances, nous sacrifierons une certaine vitesse de charge de la batterie et utiliserons le remplacement de la batterie pour résoudre les problèmes de fiabilité d'autres performances."

Wang Zeshen a déclaré aux journalistes que les batteries d'aviation actuelles sont toujours confrontées à trois principaux goulets d'étranglement techniques. D'une part, la densité énergétique est limitée. Bien que les batteries à l'état solide devraient atteindre 400-500Wh/kg, elles sont limitées par le contact d'interface, la stabilité thermique et le coût élevé, et il est difficile de les commercialiser à court terme. D'autre part, il est difficile d'équilibrer la puissance et la densité énergétique. Il est nécessaire de briser "l'effet de bascule" grâce à l'innovation des matériaux et à la conception structurelle pour répondre aux besoins de toutes les étapes du vol. De plus, la batterie n'est pas adaptable aux environnements extrêmes, et il manque un système de certification spécifique à l'aviation, de sorte que le coût reste élevé. Ces défis nécessitent de toute urgence une percée coordonnée dans les matériaux, la conception des systèmes et les normes de navigabilité.

Un dirigeant d'une entreprise d'eVTOL a déclaré à notre journaliste que les batteries d'aviation des fabricants de batteries nationaux ne font que commencer et ne peuvent pas répondre pleinement aux exigences de performance de l'utilisation commerciale à grande échelle des eVTOL, et "l'anxiété liée à l'autonomie existe toujours objectivement."

"Pour autant que je sache, les produits eVTOL nationaux utilisent généralement des batteries nationales. Cependant, les batteries d'aviation des fabricants de batteries nationaux ne font que commencer et ne peuvent pas répondre pleinement aux exigences de performance de l'utilisation commerciale à grande échelle des eVTOL, et l'anxiété liée à l'autonomie existe objectivement." Chen Yan, directeur de la stratégie de Zero Gravity Aircraft Industry (Hefei) Co., Ltd., un fabricant national d'hôtes eVTOL, a déclaré dans une interview à notre journaliste que, afin de résoudre efficacement le problème de l'anxiété liée à l'autonomie, les produits d'avions à voilure fixe et d'eVTOL multi-rotors de l'entreprise ont adopté une conception de remplacement de la batterie. On estime de manière optimiste que les batteries d'aviation devraient devenir un marché à grande échelle comme les véhicules à énergie nouvelle dans les cinq prochaines années, et les amonts et avals de la chaîne industrielle tels que les équipementiers et les usines de batteries formeront une situation de développement relativement compatible.

Chen Yan estime qu'à l'avenir, les batteries d'aviation doivent améliorer leurs performances dans deux aspects majeurs. L'un est de faire de nouvelles percées dans la densité énergétique des batteries, et l'autre est d'améliorer encore la sécurité, en particulier l'emballement thermique. Plus précisément, il estime que les exigences pour les batteries pour les applications commerciales à grande échelle des eVTOL comprennent une densité énergétique ≥ 400wh/kg et une durée de vie en cycle ≥ 2000 cycles.

"En ce qui concerne les batteries au lithium ternaires, la direction du développement est susceptible d'être que les cellules de batterie de la série 46 deviendront le premier choix pour les eVTOL. On ne sait pas encore quand les batteries à l'état solide pourront répondre à cette demande. À l'heure actuelle, nous utilisons les batteries au lithium ternaires de fabrication nationale avec la densité énergétique la plus élevée, et la densité énergétique des cellules de batterie est de 320wh/kg. Cependant, en plus des fabricants de batteries au lithium ternaires, nous avons également établi des relations de coopération avec des entreprises de batteries au lithium métal et de piles à combustible à hydrogène." Chen Yan a déclaré.

Avenir : Quand cela peut-il être rentable ?

Bien que la recherche et le développement technologiques n'aient pas encore suivi la demande du marché, les batteries d'aviation ont montré des perspectives de marché relativement importantes.

Zhang Ruifeng a présenté qu'à court terme (2025-2027), les scénarios d'application des batteries d'aviation sont principalement la logistique par drone, le tourisme, etc., avec une demande d'environ 5 à 8 milliards de yuans, principalement concentrée dans les batteries au lithium fer phosphate de 300Wh/kg et les batteries ternaires de 400Wh/kg. À moyen terme (2028-2030), avec la commercialisation progressive des eVTOL habités, les batteries au lithium métal de 500Wh/kg deviendront la norme, avec une taille de marché dépassant les 30 milliards de yuans et un taux de croissance annuel composé de plus de 50 %. À long terme (après 2030), avec la maturité de la technologie hybride "batterie hydrogène-lithium", le marché des batteries d'aviation pourrait encore se développer, superposé à des demandes dérivées telles que le stockage d'énergie et l'alimentation de secours d'aviation, l'échelle globale devrait dépasser les 100 milliards de yuans.

D'où viennent les 100 milliards de yuans du marché des batteries d'aviation ? Il y a deux raisons majeures derrière cela : D'une part, les batteries, en tant que composants essentiels des eVTOL, sont chères et représentent une proportion élevée du coût total de la machine. "Le coût des batteries eVTOL est directement lié à la capacité d'intégration de la chaîne d'approvisionnement, et est également directement lié au volume d'approvisionnement. Actuellement, les batteries eVTOL ne sont pas des produits en rayon standardisés, et doivent toutes être personnalisées. Par conséquent, le prix de la batterie ne peut pas être bon marché, en particulier par rapport aux batteries automobiles, ce qui peut être considéré comme assez cher. Dans le coût de la nomenclature, ainsi que le moteur et le contrôle électronique, il représentera un quart, voire un tiers du coût total d'un eVTOL." Chen Yan a présenté aux journalistes.

D'autre part, cela est affecté par la fréquence de remplacement des batteries eVTOL. Chen Yan a déclaré : "Selon le niveau technique actuel de l'industrie des batteries, une batterie eVTOL peut être utilisée pendant 5 à 10 ans, en fonction du nombre de cycles de la batterie elle-même et du scénario d'application spécifique. Selon une évaluation générale, le marché des batteries eVTOL commencera à croître en volume dans 3 ans, et le volume d'expédition sera d'un ordre de grandeur supérieur à celui d'aujourd'hui, et pourrait être d'un autre ordre de grandeur dans 5 ans."

Selon un rapport de recherche publié par Guojin Securities en avril de cette année, le marché national des batteries eVTOL atteindra 112,6 milliards de yuans d'ici 2030, dont 9,8 milliards de yuans du marché des équipements d'origine et 102,8 milliards de yuans du marché secondaire.

Sur le marché pré-installé, selon le "Livre blanc sur l'application et le marché des eVTOL passagers", la demande nationale cumulée d'eVTOL en 2030 devrait être de 16 316. ​​En supposant qu'un seul eVTOL ait une charge de 200 kWh et un prix de 3 yuans/Wh (le prix des batteries de qualité aéronautique est d'un ordre de grandeur supérieur à celui des batteries automobiles), la valeur de la batterie par machine correspondante est de 600 000 yuans, et le marché pré-installé correspondant est d'environ 9,8 milliards de yuans.

Le marché secondaire est plus élastique en raison de la fréquence de remplacement. On estime que, en supposant 8 vols par jour et 1 000 cycles de durée de vie de la batterie, le nombre de remplacements des batteries eVTOL atteint 14 fois. Dans le cycle de vie de 20 ans des eVTOL, la demande nationale cumulée d'eVTOL en 2030 devrait être de 16 316. ​​En supposant que le prix de remplacement moyen est de 450 000 yuans par unité, le marché secondaire des batteries fournira une batterie cumulée d'environ 102,8 milliards de yuans.

Le marché des batteries d'aviation a des perspectives prometteuses, mais le calendrier de commercialisation n'est toujours pas clair. Wang Zeshen estime que le processus de commercialisation des batteries d'aviation dépend de la promotion coordonnée des percées technologiques, de la certification de navigabilité et de la demande du marché. À l'heure actuelle, les technologies telles que les batteries à l'état solide à haute densité énergétique et à haute sécurité et les batteries lithium-soufre sont encore au stade de la vérification R&D, et la production à grande échelle et le contrôle des coûts ne sont pas encore matures. Dans le même temps, les normes de navigabilité sont strictes et le cycle de certification est long, ce qui nécessite que les amonts et avals de la chaîne industrielle travaillent ensemble pour s'attaquer au problème. Bien que les scénarios émergents tels que les eVTOL apportent une demande potentielle, les opérations de démonstration sont toujours l'objectif principal à court terme, et une utilisation commerciale à grande échelle devrait prendre 5 à 10 ans.

Par conséquent, on ne sait pas actuellement quand les batteries d'aviation pourront rapporter des bénéfices aux fabricants de batteries au lithium. Cependant, de l'avis de Mo Ke, les exigences technologiques des batteries d'aviation sont plus strictes et les marges brutes seront plus élevées, ce qui signifie que le seuil de production pour la rentabilité des entreprises sera inférieur à celui des batteries de véhicules à énergie nouvelle.

Zhang Ruifeng estime que les batteries d'aviation sont entrées dans la phase de "percées techniques et de mise en œuvre de scénarios en parallèle" à partir de la "période conceptuelle". Les 3 à 5 prochaines années seront une période critique pour la différenciation de l'industrie. Les entreprises disposant de réserves techniques (telles que les batteries au lithium métal/à l'état solide), de capacités d'intégration de la chaîne d'approvisionnement (telles que les coentreprises avec des fabricants de matériaux) et de ressources politiques devraient être les premières à réaliser des bénéfices.

“Pour les batteries eVTOL habitées, les batteries au lithium métal devraient achever la certification de navigabilité et être installées en petits lots entre 2026 et 2028, mais le coût initial est élevé, et le coût d'une seule batterie est supérieur à 1 million de yuans, l'entreprise peut atteindre le seuil de rentabilité grâce aux subventions gouvernementales, et à long terme, elle a besoin d'économies d'échelle pour réduire les coûts, c'est-à-dire que le coût cible est inférieur à 5 000 yuans/kWh." Zhang Ruifeng a déclaré.