I produttori di batterie al litio competono per l'economia a bassa quota, e le batterie di alimentazione per l'aviazione diventano un campo di battaglia

I produttori nazionali di batterie al litio si contendono gli eVTOL (aerei elettrici a decollo e atterraggio verticale) per l'economia a bassa quota.

Recentemente, il produttore di batterie Xinwanda ha rilasciato la più recente batteria di alimentazione per l'aviazione "Xin Yunxiao 2.0" e ha annunciato che il suo prodotto di prima generazione è stato prodotto in serie; d'altra parte, il colosso delle batterie CATL ha anche annunciato di aver ottenuto la certificazione internazionale del sistema di gestione della qualità aerospaziale e di aver ufficialmente soddisfatto gli standard del settore aeronautico; all'inizio di marzo, Yiwei Lithium Energy ha annunciato che sarebbe diventata il fornitore di batterie al litio a bassa tensione per il prototipo di aereo di nuova generazione della società di auto volanti Xiaopeng Huitian. Un giornalista del China Times ha scoperto che molti produttori di batterie, tra cui CATL (300750.SZ), Xinwanda (300207.SZ), Farasis Energy (688567.SH), Yiwei Lithium Energy (300014.SZ), Zhongxin Aviation (HK3931) e Guoxuan High-tech (002074.SZ), sono entrati successivamente nel campo delle batterie di alimentazione per l'aviazione.

Perché la batteria di alimentazione per l'aviazione è diventata un campo di battaglia per i produttori di batterie al litio?

Molti addetti ai lavori del settore hanno detto al giornalista del China Times che ci sono due fattori principali alla base di questo: in primo luogo, l'industria delle batterie al litio è caduta in una grave concorrenza interna negli ultimi anni e le aziende hanno urgente bisogno di trovare nuovi spazi di mercato per rompere il dilemma; in secondo luogo, l'economia a bassa quota è una nuova pista e il suo mercato derivato delle batterie di alimentazione per l'aviazione è ancora in fase di ricerca e sviluppo, il modello di concorrenza di mercato non è ancora stato stabilito e le prospettive di sviluppo sono ampie. Guojin Securities ha pubblicato un rapporto di ricerca nell'aprile di quest'anno e ha previsto che entro il 2030, il mercato nazionale delle batterie eVTOL raggiungerà i 112,6 miliardi di yuan.

"Al momento, molti produttori di batterie leader a livello nazionale si stanno attivamente schierando nel campo dell'industria a bassa quota e considerano le batterie di alimentazione per l'aviazione come una pista strategica, e l'intensità degli investimenti è aumentata in modo significativo." Wang Zeshen, Segretario Generale della China Chemical and Physical Power Industry Association, ha detto in un'intervista al giornalista del China Times.

"Ora l'industria delle batterie al litio è seriamente coinvolta e la maggior parte dei produttori non dovrebbe solo provarla, ma vuole fare grandi sforzi per farlo, perché questo è un buon punto di partenza per rompere l'attuale situazione interna del settore." Mo Ke, caporedattore dello Zhenli Research Institute, ha detto a questo giornalista.

Tuttavia, al momento, c'è ancora un grande divario tra "ideale" e "realtà". Come nuovo tipo di aereo, la potenza richiesta per il decollo verticale degli eVTOL è da 10 a 15 volte superiore a quella dei viaggi a terra e il requisito di densità energetica della batteria è molto più elevato di quello delle batterie di alimentazione per autoveicoli. Al momento, la densità energetica delle batterie al litio tradizionali è solitamente compresa tra 150Wh-250Wh/kg. Per gli eVTOL, la sua applicazione commerciale su larga scala richiede batterie con una densità energetica di ≥400wh/kg.

Ciò significa che per la maggior parte dei produttori di batterie al litio, c'è ancora molta strada da fare per vincere la "torta" delle batterie di alimentazione per l'aviazione.

Ingresso: sprint di densità energetica

La densità energetica della batteria ≥400wh/kg è il prerequisito affinché gli eVTOL volino veramente su larga scala ed è anche il primo ostacolo che i produttori di batterie al litio devono superare per entrare nell'economia a bassa quota.

Alla 17a Shenzhen International Battery Technology Exhibition tenutasi di recente, Xinwanda ha lanciato ufficialmente il prodotto di batterie di alimentazione per l'aviazione "Xin Yunxiao 2.0", con una densità energetica di 360Wh/kg. Questo è il prodotto di seconda generazione lanciato da Xinwanda da quando ha definito l'economia a bassa quota nel 2023. Si dice che il suo prodotto di prima generazione sia stato prodotto in serie e abbia completato la verifica di volo di 100 chilometri di un aereo da 100 chilogrammi.

Xu Zhongling, direttore del Xinwanda Research Institute, ha rivelato che l'azienda sta anche pre-ricercando batterie di alimentazione per l'aviazione da 400Wh/kg. Allo stesso tempo, è stata formulata una tabella di marcia per l'aggiornamento tecnologico di quinta generazione e si prevede di raggiungere l'obiettivo di superare i 500Wh/kg della densità energetica delle batterie allo stato solido nel 2027.

Al contrario, il leader del settore CATL è entrato nel gioco prima ed è un passo avanti nel processo di ricerca e sviluppo. Già nel luglio 2023, CATL e COMAC e altre entità hanno istituito congiuntamente COMAC Times (Shanghai) Aviation Co., Ltd. Nell'agosto 2024, CATL ha investito centinaia di milioni di dollari in Fengfei Aviation, un importante mainframe eVTOL nazionale, per avviare ufficialmente il layout applicativo delle batterie di alimentazione per l'aviazione. Nel giugno di quell'anno, Zeng Yuqun, presidente di CATL, ha rivelato in un evento pubblico che l'azienda aveva testato con successo un aereo elettrico civile da 4 tonnellate e stava accelerando la ricerca e lo sviluppo di un aereo elettrico da 8 tonnellate. La batteria utilizzata in questo progetto è una batteria a stato condensato, con una densità energetica a singola cella fino a 500Wh/kg.

Nel gennaio di quest'anno, l'eVTOL da 2 tonnellate di Fengfei Aviation, dotato di batterie CATL, ha debuttato ufficialmente al Gala del Festival di Primavera. Recentemente, CATL ha anche annunciato di aver superato la certificazione del sistema AS9100, il più alto standard di qualità nel campo aerospaziale globale, indicando che i prodotti dell'azienda hanno qualifiche internazionali nei settori dei droni e degli eVTOL.

Oltre ai leader del settore, un certo numero di produttori di batterie al litio stanno anche sprintando per lo sviluppo di batterie di alimentazione per l'aviazione. Farasis Energy afferma che l'azienda è diventata una delle poche aziende al mondo che ha prodotto e installato in serie batterie eVTOL e ha completato decine di migliaia di test effettivi e le batterie semi-solide eVTOL dell'azienda sono entrate nella fase di industrializzazione. In un'intervista nel dicembre dello scorso anno, Jiang Weiran, direttore del Farasis Energy Research Institute, ha rivelato che la batteria semi-solida di terza generazione dell'azienda è nella fase di verifica del prodotto, con una densità energetica di 400Wh/kg.

Inoltre, Ji Yajuan, direttore del Frontier Materials Research Institute di EVE Energy, ha rivelato in un evento nell'aprile di quest'anno che la tecnologia delle batterie a sacchetto morbido a base di silicio dell'azienda ha fatto progressi significativi, con una densità energetica del prodotto fino a 380Wh/kg, che può fornire supporto di alimentazione per aerei a bassa quota. Nel marzo di quest'anno, Yiwei Lithium Energy ha annunciato che l'azienda aveva ricevuto un avviso di sviluppo designato dal fornitore dalla società di auto volanti Xiaopeng Huitian e avrebbe fornito a quest'ultima la batteria al litio a bassa tensione di prossima generazione del prototipo.

"Al momento, i principali produttori di batterie hanno considerato le batterie di alimentazione per l'aviazione come la 'seconda curva di crescita' e gli investimenti in ricerca e sviluppo sono continuati ad aumentare. Il settore nel suo complesso è nella fase di 'verifica tecnica-produzione di prova su piccola scala'." Zhang Ruifeng, presidente dello Shenzhen Automotive and Aviation Research Institute, ha detto in un'intervista a un giornalista del China Times che l'economia a bassa quota è diventata una roccaforte strategica per i produttori di batterie. Il fulcro risiede nel triplice motore dei dividendi politici, degli aggiornamenti tecnologici e degli oceani blu del mercato. Dal punto di vista delle esigenze di iterazione tecnologica, la tradizionale tecnologia delle batterie di alimentazione per autoveicoli si sta avvicinando alla saturazione e le batterie di alimentazione per l'aviazione, come nuova pista, richiedono una maggiore densità energetica, una maggiore densità di potenza e un'affidabilità in ambienti estremi. Questo fornisce ai produttori di batterie un "nuovo campo di battaglia" per le scoperte tecnologiche. Tecnologie all'avanguardia come le batterie al litio metallo e le batterie allo stato solido possono aggirare le tradizionali barriere brevettuali delle batterie al litio e raggiungere il sorpasso in corsia.

"L'attuale concorrenza internazionale nel campo delle batterie di alimentazione per l'aviazione presenta una situazione di 'Tre Regni'. In primo luogo, i giganti internazionali come SES negli Stati Uniti e Bosch in Germania sono entrati nella catena di approvvigionamento dei principali produttori di eVTOL come Joby in virtù della loro tecnologia leader delle batterie al litio metallo, ma la loro capacità di controllo dei costi è debole e il costo per Ah è da 2 a 3 volte superiore a quello delle aziende nazionali; in secondo luogo, le aziende leader nazionali si affidano ai vantaggi dei costi della catena di approvvigionamento e al sostegno politico per dominare i settori a media e bassa potenza (come i droni inferiori a 100 kW), ma il mercato di fascia alta (come gli eVTOL con equipaggio) deve ancora superare la barriera della certificazione di navigabilità; in terzo luogo, gli attori intersettoriali come GAC Aion, Geely e altre case automobilistiche hanno sviluppato le proprie batterie, cercando di aprire il ciclo chiuso 'veicolo-batteria', ma il loro accumulo di tecnologia aeronautica è insufficiente ed è difficile scuotere la posizione dei produttori di batterie professionali a breve termine." Ha detto Zhang Ruifeng.

Dilemma: risolvere il triangolo irraggiungibile

La cosiddetta batteria di alimentazione per l'aviazione si riferisce alla batteria di alimentazione utilizzata dagli aerei a bassa quota eVTOL. Gli eVTOL possono essere suddivisi in eVTOL con equipaggio e per il trasporto merci. Gli eVTOL per il trasporto merci sono equivalenti a grandi droni, mentre gli eVTOL con equipaggio sono equivalenti a piccoli aerei. Quest'ultimo è la direzione principale dello sviluppo economico a bassa quota e l'obiettivo principale dei principali produttori di batterie al litio.

Rispetto alle batterie dei veicoli a nuova energia, le batterie di alimentazione per l'aviazione hanno requisiti più rigorosi sugli indicatori di prestazione. Wang Zeshen ha introdotto che questo si riflette principalmente in tre aspetti. In primo luogo, la densità energetica deve superare i 400-500Wh/kg, superando di gran lunga i 200-300Wh/kg delle batterie per autoveicoli, in modo da soddisfare i requisiti di autonomia e carico dell'aereo; in secondo luogo, l'uscita di potenza deve tenere conto del decollo e dell'atterraggio a velocità 8-10C e della crociera a 3-5C e la batteria deve avere una capacità di scarica ad alta velocità; infine, la sicurezza deve soddisfare il rischio zero guasti in condizioni estreme (come caduta da 15 metri, bassa temperatura di 20℃) e l'alimentazione ridondante deve essere garantita in caso di guasto.

Per questo motivo, l'alta densità energetica, l'elevata velocità di carica e scarica e l'elevata sicurezza sono anche chiamati il "triangolo irraggiungibile" delle batterie di alimentazione per l'aviazione. La soluzione per i principali produttori di batterie al litio è quella di raggiungere un equilibrio tra i tre con nuove tecnologie, tra cui batterie allo stato solido e batterie al litio metallo. Ad esempio, CATL ha aumentato la densità energetica a 500wh/kg attraverso batterie condensate; Xinwangda ha prima intrapreso la strada della batteria semi-solida e sta sviluppando batterie allo stato solido per migliorare la densità energetica e la sicurezza.

Tuttavia, l'attuale tecnologia delle batterie allo stato solido non è ancora matura, quindi i produttori di batterie devono ancora fare compromessi tra i tre. Xu Zhongling ha rivelato in un'intervista: "Ad esempio, in alcuni scenari a breve distanza con decollo e atterraggio ad alta frequenza, sacrificheremo un po' di velocità di ricarica della batteria e utilizzeremo la sostituzione della batteria per risolvere i problemi di affidabilità di altre prestazioni."

Wang Zeshen ha detto ai giornalisti che le attuali batterie di alimentazione per l'aviazione devono ancora affrontare tre importanti colli di bottiglia tecnici. Da un lato, la densità energetica è limitata. Sebbene le batterie allo stato solido dovrebbero raggiungere i 400-500Wh/kg, sono limitate dal contatto dell'interfaccia, dalla stabilità termica e dall'alto costo ed è difficile commercializzarle a breve termine. D'altra parte, è difficile bilanciare potenza e densità energetica. È necessario rompere l'"effetto altalena" attraverso l'innovazione dei materiali e la progettazione strutturale per soddisfare le esigenze di tutte le fasi del volo. Inoltre, la batteria non è adattabile agli ambienti estremi e manca un sistema di certificazione specifico per l'aviazione, quindi il costo rimane elevato. Queste sfide richiedono urgentemente una svolta coordinata nei materiali, nella progettazione del sistema e negli standard di navigabilità.

Un dirigente di una società eVTOL ha detto al nostro giornalista che le batterie di alimentazione per l'aviazione dei produttori di batterie nazionali sono appena agli inizi e non possono soddisfare pienamente i requisiti di prestazione dell'uso commerciale su larga scala degli eVTOL e "l'ansia da autonomia esiste ancora oggettivamente."

"Per quanto ne so, i prodotti eVTOL nazionali utilizzano generalmente batterie nazionali. Tuttavia, le batterie di alimentazione per l'aviazione dei produttori di batterie nazionali sono appena agli inizi e non possono soddisfare pienamente i requisiti di prestazione dell'uso commerciale su larga scala degli eVTOL e l'ansia da autonomia esiste oggettivamente." Chen Yan, chief strategy officer di Zero Gravity Aircraft Industry (Hefei) Co., Ltd., un produttore di host eVTOL nazionale, ha detto in un'intervista al nostro giornalista che per risolvere efficacemente il problema dell'ansia da autonomia, gli aerei ad ala fissa e i prodotti eVTOL multi-rotore dell'azienda hanno adottato un design di sostituzione della batteria. Si stima ottimisticamente che le batterie di alimentazione per l'aviazione dovrebbero diventare un mercato su larga scala come i veicoli a nuova energia nei prossimi cinque anni e l'upstream e il downstream della catena industriale, come gli OEM e le fabbriche di batterie, formeranno una situazione di sviluppo relativamente compatibile.

Chen Yan ritiene che in futuro, le batterie di alimentazione per l'aviazione debbano migliorare le prestazioni in due aspetti principali. Uno è quello di fare ulteriori progressi nella densità energetica della batteria e l'altro è quello di migliorare ulteriormente la sicurezza, in particolare la fuga termica. Nello specifico, ritiene che i requisiti per le batterie per applicazioni commerciali su larga scala di eVTOL includano una densità energetica ≥ 400wh/kg e una durata del ciclo ≥ 2000 cicli.

"Per quanto riguarda le batterie al litio ternarie, la direzione di sviluppo è probabilmente che le celle della batteria della serie 46 diventeranno la prima scelta per gli eVTOL. Resta da vedere quando le batterie allo stato solido potranno soddisfare questa esigenza. Al momento, utilizziamo le batterie al litio ternarie prodotte a livello nazionale con la più alta densità energetica e la densità energetica della cella della batteria è di 320wh/kg. Tuttavia, oltre ai produttori di batterie al litio ternarie, abbiamo anche stabilito rapporti di collaborazione con batterie al litio metallo e aziende di celle a combustibile a idrogeno." Ha detto Chen Yan.

Futuro: quando può essere redditizio?

Sebbene la ricerca e lo sviluppo tecnologico non abbiano ancora tenuto il passo con la domanda del mercato, le batterie di alimentazione per l'aviazione hanno mostrato una prospettiva di mercato relativamente ampia.

Zhang Ruifeng ha introdotto che a breve termine (2025-2027), gli scenari applicativi delle batterie di alimentazione per l'aviazione sono principalmente la logistica dei droni, le visite turistiche, ecc., con una scala di domanda di circa 5 miliardi a 8 miliardi di yuan, concentrati principalmente in batterie al litio ferro fosfato da 300Wh/kg e batterie ternarie da 400Wh/kg. A medio termine (2028-2030), con la graduale commercializzazione degli eVTOL con equipaggio, le batterie al litio metallo da 500Wh/kg diventeranno il mainstream, con una dimensione del mercato superiore a 30 miliardi di yuan e un tasso di crescita annuale composto di oltre il 50%. A lungo termine (dopo il 2030), con la maturità della tecnologia ibrida "batteria idrogeno-litio", il mercato delle batterie di alimentazione per l'aviazione potrebbe espandersi ulteriormente, sovrapposto a richieste derivate come lo stoccaggio di energia e l'alimentazione di emergenza per l'aviazione, la scala complessiva dovrebbe superare i 100 miliardi di yuan.

Da dove provengono i 100 miliardi di mercato delle batterie di alimentazione per l'aviazione? Ci sono due ragioni principali alla base di questo: da un lato, le batterie, in quanto componenti principali degli eVTOL, sono costose e rappresentano un'elevata percentuale del costo totale della macchina. "Il costo delle batterie eVTOL è direttamente correlato alla capacità di integrazione della catena di approvvigionamento ed è anche direttamente correlato al volume di fornitura. Attualmente, le batterie eVTOL non sono prodotti a scaffale standardizzati e devono essere tutti personalizzati. Pertanto, il prezzo della batteria non può essere economico, soprattutto rispetto alle batterie per autoveicoli, che si può dire siano piuttosto costose. Nel costo BOM, insieme al motore e al controllo elettronico, rappresenterà un quarto o addirittura un terzo del costo totale di un eVTOL." Chen Yan ha introdotto ai giornalisti.

D'altra parte, è influenzato dalla frequenza di sostituzione delle batterie eVTOL. Chen Yan ha detto: "Secondo l'attuale livello tecnico del settore delle batterie, una batteria eVTOL può essere utilizzata per 5-10 anni, a seconda del numero di cicli della batteria stessa e dello scenario applicativo specifico. Secondo una valutazione generale, il mercato delle batterie eVTOL inizierà a crescere in volume tra 3 anni e il volume di spedizione sarà di un ordine di grandezza superiore a quello attuale e potrebbe essere un altro ordine di grandezza in 5 anni."

Secondo un rapporto di ricerca pubblicato da Guojin Securities nell'aprile di quest'anno, il mercato nazionale delle batterie eVTOL raggiungerà i 112,6 miliardi di yuan entro il 2030, inclusi 9,8 miliardi di yuan del mercato delle apparecchiature originali e 102,8 miliardi di yuan del mercato post-vendita.

Nel mercato preinstallato, secondo il "Passenger eVTOL Application and Market White Paper", la domanda nazionale cumulativa di eVTOL nel 2030 dovrebbe essere di 16.316. Supponendo che un singolo eVTOL abbia una carica di 200 kWh e un prezzo di 3 yuan/Wh (il prezzo delle batterie di grado aeronautico è di un ordine di grandezza superiore a quello delle batterie per autoveicoli), il valore della batteria per macchina corrispondente è di 600.000 yuan e il corrispondente mercato preinstallato è di circa 9,8 miliardi di yuan.

Il mercato post-vendita è più elastico a causa della frequenza di sostituzione. Si stima che, ipotizzando 8 voli al giorno e 1.000 cicli di durata della batteria, il numero di sostituzioni delle batterie eVTOL raggiunga 14 volte. Nel ciclo di vita di 20 anni degli eVTOL, la domanda nazionale cumulativa di eVTOL nel 2030 dovrebbe essere di 16.316. Supponendo che il prezzo medio di sostituzione sia di 450.000 yuan per unità, il mercato post-vendita delle batterie fornirà una batteria cumulativa di circa 102,8 miliardi di yuan.

Il mercato delle batterie di alimentazione per l'aviazione ha una prospettiva promettente, ma il calendario di commercializzazione non è ancora chiaro. Wang Zeshen ritiene che il processo di commercializzazione delle batterie di alimentazione per l'aviazione dipenda dalla promozione coordinata di scoperte tecnologiche, certificazione di navigabilità e domanda del mercato. Al momento, tecnologie come le batterie allo stato solido ad alta densità energetica e ad alta sicurezza e le batterie litio-zolfo sono ancora in fase di ricerca e verifica e la produzione su larga scala e il controllo dei costi non sono ancora maturi. Allo stesso tempo, gli standard di navigabilità sono rigorosi e il ciclo di certificazione è lungo, richiedendo agli upstream e ai downstream della catena industriale di lavorare insieme per affrontare il problema. Sebbene gli scenari emergenti come gli eVTOL portino una domanda potenziale, le operazioni dimostrative sono ancora l'obiettivo principale a breve termine e si prevede che l'uso commerciale su larga scala richiederà 5-10 anni.

Pertanto, al momento non è noto quando le batterie di alimentazione per l'aviazione potranno portare profitti ai produttori di batterie al litio. Tuttavia, secondo Mo Ke, i requisiti tecnologici delle batterie di alimentazione per l'aviazione sono più rigorosi e i margini di profitto lordo saranno più alti, il che significa che la soglia di produzione per la redditività aziendale sarà inferiore a quella delle batterie dei veicoli a nuova energia.

Zhang Ruifeng ritiene che le batterie di alimentazione per l'aviazione siano entrate nella fase di "scoperte tecniche e implementazione dello scenario in parallelo" dal "periodo concettuale". I prossimi 3-5 anni saranno un periodo critico per la differenziazione del settore. Le aziende con riserve tecniche (come batterie al litio metallo/stato solido), capacità di integrazione della catena di approvvigionamento (come joint venture con produttori di materiali) e risorse politiche dovrebbero essere le prime a realizzare profitti.

“Per le batterie eVTOL con equipaggio, le batterie al litio metallo dovrebbero completare la certificazione di navigabilità e essere installate in piccoli lotti tra il 2026 e il 2028, ma il costo iniziale è elevato e il costo di una singola batteria è superiore a 1 milione di yuan, l'azienda può raggiungere il pareggio attraverso i sussidi governativi e, a lungo termine, ha bisogno di economie di scala per ridurre i costi, ovvero il costo target è inferiore a 5.000 yuan/kWh." Ha detto Zhang Ruifeng.