CATL研究人员在《Nature Reviews Electrical Engineering》发表的电池集成综述，提出了一个重要观点：电池系统的进步，不是简单删除零部件，而是重新分配它们承担的功能。这对既要轻量化，又要满足高功率和飞行安全要求的eVTOL，有什么启示？需要说明的是，这是一篇由CATL相关研究人员署名的跨应用场景综述，并非CATL公布的eVTOL专用电池产品方案。原文对电动航空、多核心电池和机体集成的分析，提供了理解航空电池系统演进的框架。小编结合论文观点与eVTOL飞行任务，讨论可能的技术发展方向。

01

电芯性能到系统性能：真正损失在哪里？

电池研发经常以Wh/kg作为核心指标，但必须先问清楚：讨论的是活性材料、电极、电芯，还是完整电池包？这些层级的口径并不相同。

从活性材料到电极，需要添加导电剂、粘结剂和集流体；从电极到电芯，还要考虑隔膜、电解液、壳体和极耳；从电芯到电池包，则增加冷却、连接、传感、保护、机械支撑和必要的间隙。它们未直接贡献能量，却支撑着电池的可制造性、可靠性和安全性。

图1｜不同层级的能量损失因素和功能开销。原论文 Fig. 1a。

对于不同封装形式的电池而已，系统集成的难易程度也有区别。 软包电芯轻量化优势明显，但需额外压紧、机械保护和排气设计；圆柱电芯制造成熟、标准化程度高，但存在空间利用率和连接成本问题；方壳电芯排列紧凑、集成效率较高，但大容量单体的散热与故障隔离更具挑战。 对于eVTOL，三种封装形式并无绝对优劣，应综合系统比能量、功率性能、热安全及故障冗余需求进行选型。小编认为电芯的选择对后续电池热安全防护及电池散热影响极大，建议在电芯选型时需综合考虑电芯封装形式对系统的影响。

论文指出， 从活性材料到电池包，有效能量密度通常会下降约2—3倍；这不是“电芯到电池包下降2—3倍” 。论文图1c也表明，层级集成往往使体积能量密度的损失比质量比能量更明显。

图2｜以材料层级为1的归一化能量密度保持率，误差条反映文献中的架构差异。原论文 Fig. 1b&c。

这里还要区分两个概念：系统比能量反映电池系统单位质量储存多少能量；任务可用能量则进一步受到SOC使用窗口、备用能量、安全裕度、温度及故障后运行要求约束。对于航空器，单纯提升能量，并不意味着后者可以等比例增加。因此， eVTOL电池的技术进步应同时关注电芯性能、系统质量占比和飞行任务真正能够利用的能量，而不能只用一项电芯指标判断整机收益 。

02

为什么汽车的CTP、CTC路线不能直接搬到eVTOL？

汽车动力电池从CMP（电芯—模组—电池包），逐步发展出CTP（电芯—电池包）、CTB（电芯—车身）与CTC（电芯—底盘）等方案。方向看似一致：减少重复的封装层级，让电池更多参与整车结构。

图3｜汽车电池从独立储能单元向结构参与单元的发展。原论文 Fig. 2a。

但论文真正强调的是： 被取消的结构边界，其功能必须由别处承接 。例如取消模组之后，拘束、散热、采样、汇流、排气、隔离及局部故障遏制等功能，需要由电池包结构、电芯间隔、电气保护和BMS共同实现。

汽车电池发生严重局部故障后，可以把隔离风险和安全停车作为目标。载人电动航空器却有不同的约束：如果一个电池单元在空中失效，系统仍需在整机安全设计允许的条件下保有受控飞行与着陆所需的功率和能量。因此， 论文认为，近期航空电池需要汽车CTP方案保留更多可隔离的能量分区 。这种分区不一定采用传统“模组”形式，也可以是具有独立保护、排气与维护边界的电芯群、子包或电池包。

值得注意的是，CTP、CTB、CTC报告中的体积利用率还可能使用不同的计算边界，论文明确提醒这些数值不能不加处理地横向比较。对eVTOL同样如此： 不能仅用“取消了多少结构”或“排布有多紧凑”来评价集成优劣 。

03

多核心电池：把储能系统变成可隔离的能量域

CATL提出了多核心电池架构（Multi-core battery）。它并不要求使用多种化学体系，而是把电池划分为能够被 单独监测、断开或重构的能量域 。每个核心需要具备实际的电气隔离能力，并配套局部诊断、保护、热管理和排气设计。 仅在软件中把电芯“分组”，却没有对应的高压回路和隔离硬件，不能算完成了故障域分离 。

图4｜可隔离能量域与分布式电推进通道的协同示意。原论文 Fig. 3c。图示为架构概念，不代表适航验证结论。

论文用分布式电推进系统（DEP）说明这种思路：若电池核心与推进通道或冗余电源母线的故障边界协调设计，局部电池故障就有机会被限制在一条能量—推进通道内，其他通道保留可用的监测、控制和供电能力。但“某一核心被隔离”不等于“航空器一定能够安全着陆”。最终还取决于飞行状态、可用推进器、配电拓扑、剩余功率、备用能量及飞控策略，必须在整机安全分析和验证中闭环。

图5｜双核心架构的备用、分担负荷及分工运行方式。原论文 Fig. 3b。

多核心电池架构可以通过备用运行、电流分担或电压重构，在不同工况下分配各核心的负荷，但是，开关、连接器、冗余采样、冷却和认证验证会增加重量及成本，是否采用多核心电池架构，取决于电池系统降低的故障耦合与运行裕度代价，能否超过额外的系统复杂度。对于eVTOL而言，多核架构的电池设计对系统减重具有较大优势，是eVTOL电池系统发展的优选方向。

04

高功率热管理与BMS：要看整段飞行，而不只是当前温度

eVTOL的功率需求具有明显的任务阶段差异。论文引用的代表性任务研究显示，垂直起降阶段可能出现高倍率放电，而某些巡航阶段需求相对较低；具体曲线仍取决于旋翼、机翼和推进系统构型。

这意味着电池既要承担短时高功率负荷，也要兼顾热量释放、温度一致性和寿命。对于液冷或复合冷却结构， 真正值得优化的不是一味增大冷板，而是让冷却通道、机械支撑、膨胀约束与热防护尽可能共享部件，同时避免形成连续的热传播路径 。更深度的集成也使监测与控制更重要。论文把制造质量、针对架构的电芯设计、电池包设计、传感与控制列为决定集成深度的四项关键能力。尤其当模组难以拆解、替换时，早期异常检测、制造追溯和运行状态记录就变得更加重要。

对于eVTOL，可以在这一结论上进一步研究“任务感知型BMS”： 不仅估计SOC、SOH，还要在当前温度、老化程度和电气拓扑下估算可用功率、可用能量，以及故障隔离后的剩余供电能力。 这里属于工程研发方向，并非论文已经证明的适航级软件方案。一个直接的例子是着陆阶段：电池还有多少电量固然重要，但更关键的是在当前温度和健康状态下，能否持续提供完成着陆所需的功率。这一判断必须由电池与整机能源管理、飞控和推进系统协同完成。

05

多化学体系：与多核心不同，重点是性能互补

多核心解决的是“能量域能不能独立隔离”；多化学体系（Multi-chemistry）解决的则是“一种电化学体系是否必须兼顾所有性能要求”。两者可以结合，但不能混为一谈。

图6｜多化学体系的组成比例、布置与状态估计互补示意。原论文 Fig. 3a。

论文举例讨论了三元体系与磷酸铁锂体系的互补，以及锂离子与钠离子组合在低温运行方面可能带来的价值。这些讨论面向多种电动应用，并不是已经面向eVTOL完成论证的现成配方。

对eVTOL而言，可以进一步研究高比能电芯与高功率电芯分工承担不同任务阶段的可行性。但不同化学体系的开路电压、内阻、温度特性和衰减速率不同，直接并联可能导致不均衡负荷甚至环流，需要合适的电力电子接口和分别建模、监测与控制。

因此， 判断多化学体系是否值得采用，必须比较整机任务完成能力与全系统质量代价，包括转换器、冗余保护、散热、控制和维护，而非只比较两款电芯的实验室参数 。

06

电池与机体协同：减少重复结构，保留安全边界

论文图4a把电动航空的集成路径概括为机体内电池包布置（Pack-in-airframe）、电芯—机体集成（Cell-to-airframe）、随形集成（Conformal integration）和结构电池复合材料（Structural battery composites）。这些方案的成熟度与技术代价并不相同。

图7｜电动航空电池与机体集成的四种概念路径。原论文 Fig. 4a。

短期更可行的方向，是在机翼、机身或短舱内部布置具有明确故障边界的电池单元，同时把安装、承载、冷却、排气和维护通道与机体结构协同设计。这样既可能减少重复支撑件，也更便于保持独立的故障隔离和检查条件。

进一步的Cell-to-airframe可让电池与机体共同承担部分载荷，但电池的热、电和机械失效也会更直接地影响航空器结构。结构强度、冲击防护、故障后的完整性及可维护性，必须在整机层面验证。

至于让储能材料同时承担机体结构载荷的结构电池复合材料，论文认为目前距离航空推进级应用仍有明显差距，原因在于比能量、刚度、强度、损伤容限和可检测性难以兼得。 航空集成不是越深入越先进，而是越深入越需要说明：原先的安全功能由谁承担？

07

锂金属与固态电池：高比能之外，系统要付出什么代价？

新一代高比能电芯有望减轻航空储能系统的质量，但论文提醒，锂金属与部分固态电池会把传统电池包中相对次要的堆叠压力与界面接触，变成需要持续管理的重要设计变量。

图8｜压力随循环状态变化，以及压力分布均匀性对界面行为的影响。原论文 Fig. 5b。

在相关锂金属电池中，压力会影响锂沉积形貌与电极厚度变化；在部分固态电池中，压力还直接关系到固—固界面的接触状态。电芯越大，如何保持合理且均匀的压力分布，可能越困难。不同材料体系的要求并不相同，不能把一种实验室压力条件当作所有固态电池的共同标准。

图9｜锂金属负极固态电池的堆叠压力失效窗口：压力不足或过高都可能带来风险。原论文 Fig. 5d。

论文图5d特别针对采用锂金属负极的固态电池：压力不足可能造成界面脱离、局部电流集中；压力过大又可能诱发锂蠕变、锂丝穿透或脆性组分损伤。这一机理不应直接推广为“所有固态电池都是越压越危险”。

由此得到一个系统层面的启示： 高比能电芯带来的增益，最终可能被压紧机构、缓冲层、监测、防护与冷却硬件部分抵消 。比电芯比能量更重要的，是把这些新要求计算在内之后，电池系统还能剩下多少净收益。

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结语｜eVTOL电池真正要优化的，是安全可用的飞行能力

宁德时代（CATL）研究人员这篇综述的关键启示，并不是让所有应用都沿着汽车电池从CMP到CTC的路线前进，而是提供了一种评价集成的新方法：每移除一道结构边界，都必须重新评估机械、热、电、安全和维护功能是否得到了更有效的承接。对于eVTOL，这一点尤其重要。

就eVTOL而言，近期应把高倍率输出、故障不蔓延、独立供电通道和维护可达性作为系统设计的基础；在此之上，多核心架构、任务级能源管理、多化学体系和机体协同集成才值得逐步展开。锂金属与固态电池的潜力，也应以系统级质量、功率、寿命与安全验证结果来判断。以上研发优先级是面向eVTOL的工程分析，并非论文给出的统一产业时间表。

未来航空动力电池竞争的核心，不只是把更多能量装进电芯，而是以可验证的安全与可靠性，把电芯性能尽可能完整地转化为飞行任务所需的功率、能量和容错能力。

原始论文｜Hai-Peng Liang、Hansen Wang、Xin Sun 等，Battery integration as function reassignment，Nature Reviews Electrical Engineering，DOI：10.1038/s44287-026-00342-2。。

说明｜本文为AI基于CATL相关研究人员署名综述的技术解读，不代表CATL官方产品发布或技术承诺。功能重新分配、能量密度损失、多核心与多化学体系、航空集成和压力管理的论述以原论文为依据；任务感知型BMS及研发优先级等属于面向eVTOL的工程延伸。文中9幅插图截取自原论文，公开转载前须核对期刊图片授权与署名要求。