人形機器人電池的技術、生態與經濟賬

21世紀經濟報道記者 羅亮

今年以來，人形機器人幾乎就沒「歇過」，跳舞、跑馬拉松、扭秧歌、打拳的視頻持續刷屏互聯網。另一方面，相關企業迎來罕見的融資高峰，估值上百億元，許多成名已久的互聯網大廠也成為背后的資方。

多數觀點認為，2025年是人形機器人量產元年，全球人形機器人市場規模預計達63.39億元。展望未來，人形機器人的市場規模將呈現指數級增長的態勢。高盛預測，到2035年，全球人形機器人市場規模將達到380億美元。

目前的增長主要得益於製造業、物流倉儲等場景對自動化和智能化升級的迫切需求。例如，特斯拉計劃在其工廠部署數千台Optimus機器人，用於執行焊接、搬運等任務。而更大的市場空間將來自家庭服務與醫療康養等場景的應用，合計佔比或將達到45%。

不僅限於特斯拉，國內的極氪、美的、北汽、比亞迪和亨通，越來越多製造企業正在探索如何把人形機器人引入產線。但從社交媒體真正走向現實應用，能夠持續工作，替人類解決重複的、成本高的勞動問題，人形機器人還有很長的路要走。

這其中電池作為「動力之源」，在人形機器人探索商業化的征途中，能源系統，特別是電池技術，扮演着至關重要的角色。電池不僅是機器人的「心臟」，為其提供動力，更是決定其經濟性、實用性和應用邊界的「阿喀琉斯之踵」。

面對人形機器人這一新興市場，電池廠商的態度正從早期的觀望轉向積極的戰略佈局。寧德時代、欣旺達、國軒高科、億緯鋰能、蜂巢能源等國內動力電池頭部企業，紛紛宣佈將人形機器人納入其電池技術的佈局範疇。

電池「經濟賬」的雙重角色

如果從硬件製造的角度，動力電池在人形機器人佔比並不高。根據民生證券對特斯拉Optimus機器人的成本估算，其核心硬件成本約佔總成本的69%。在特斯拉Optimus的BOM成本中，電池成本僅為2180元，佔總成本的0.5%。

不過，這一佔比並非唯一，業界普遍認為電池占人形機器人成本在1%上下，這一比例低於減速器、伺服電機和控制器等核心運動部件。

儘管如此，動力電池需求潛力仍巨大，預計到2030年，全球人形機器人的出貨量將達到500萬台，按每臺電池容量2.5度電計算，至少也有12.5GWh的電池需求，相當於25萬輛續航500km的純電動汽車。

這對於電池廠商是不容錯過的市場機會，欣旺達是全球鋰離子電池領軍企業，準確抓住了消費電池、動力電池和儲能電池風口。2023年至2024年的出貨量增長率計算，欣旺達是全球十大動力電池廠商及全球十大儲能電池廠商中增速最快的公司。

與此同時，動力電池的重要性還體現在其性能直接決定了機器人的續航、充電頻率和整體工作效率，其技術選型和性能參數對后續的運營成本有着深遠且決定性的影響。

因此，儘管BOM成本佔比低，但企業在選擇電池方案時，仍需進行長遠的經濟性考量，而非僅僅關注初始採購價格。運營成本不僅包括能源消耗，更涵蓋了因充電或換電導致的停機時間、維護人力成本以及電池本身的折舊和更換費用。

否則低效的充放電循環直接轉化為高昂的運營成本和低下的投資回報率。因此，在評估人形機器人的經濟性時，採用全生命周期成本來衡量更為合理。

在這種視角下，電池的能量密度、充電速度、循環壽命和安全性等性能指標，直接決定了機器人的有效工作時長、維護頻率和能源效率。

目前主流動力電池普遍只能工作3～6小時，沉重的電池更束縛了其靈活性。「這就像遊客手機沒電掃興而歸，機器人的潛力同樣受制於能源核心。」欣旺達小動力電池技術專家周雙軍表示。

有限的續航時間不僅限制了機器人的連續作業能力，更通過增加充電頻次和停機時間，顯著推高了其運營成本，成為制約其商業化大規模落地的關鍵障礙。

在今年舉辦的人形機器人半程馬拉松中，天工Ultra拔得頭籌。但在這場勝利的背后，爲了完成全程，天工Ultra中途更換了3次電池。

顯而易見的是，人形機器人的續航能力，還遠未跟上商業化落地的節奏，直接削弱了人形機器人在成本上替代人力的優勢，延長了其投資回收期，現階段的權衡之計是通過運營模式（如自主換電功能）創新來彌補續航短板。

逼近極限的「五邊形戰士」

歸根結底，提升電池本身的性能纔是解決機器人續航問題的根本途徑。

相關數據顯示，目前人形機器人的動力電池還是以三元圓柱鋰電池為主，市場佔比約70%，電芯能量密度250~300Wh/Kg之間，電壓平臺多集中在48~58V之間，還有部分廠商選用磷酸鐵鋰電池，以及試點半固態/固態電池。

鋰電池龍頭欣旺達同多家人形機器人廠商調研得知，人形機器人的續航目標是8小時，現階段還有距離。

針對這一訴求，欣旺達技術團隊通過對電芯材料創新（如高鎳高硅化學體系）、工藝創新來提升電芯的能量密度，目標初期階段提升至350Wh/Kg，以破解續航難題。

而下一步，則是寄希望於半固態電池和固態電池技術的成熟，固態電池理論能量密度最高可達500Wh/kg以上，是傳統液態鋰電池的2至3倍，能夠顯著延長機器人的工作時間。

欣旺達自2015年開始佈局固態電池，至今已有10年研發經驗，現在在320Wh/kg和360Wh/kg上面，已經實現了小批量量產，完成了百公斤級無人機裝機飛行。

「人形機器人電池需在能量密度、成本和安全性間找到平衡點。」中國科學院院士歐陽明高表示，「2025年將是技術路線分水嶺，半固態電池若能將成本控制在150美元/kWh以下，有望率先打開市場。」

值得一提的是，能量密度並非人形機器人廠商對電池的唯一要求，動力輸出也是至關重要的環節之一。

從北京亦莊人形機器人半程馬拉松比賽的表現情況來看，48V的電壓平臺很難滿足機器人在長時間高負荷下對於動能輸出、散熱效率和能耗控制方面的需求，電池就需要向更高電壓、更強動力方向升級，以適配在複雜場景下的動力需求。

另外，機器人日常運行過程中，也會有搬運、快速移動、跳舞等複雜動作，對動力要求更高。機器人廠商在實踐中發現，電池的瞬態功率難以滿足，且全放電周期內動能波動明顯。

這就會出現在滿電時電壓高，機器人動力強，隨着電量下降動能也同步下降，影響動作精度和連續性，需要實現穩定的3C級別持續放電能力。

與此同時，追求高倍率對電芯循環壽命提出了更高的要求，目前市面上高倍率電芯普遍只有200次左右，成為人形機器人壽命的瓶頸，多數廠家希望提升至600次以上，同時確保系統安全。

據瞭解，欣旺達採用的應對策略是全極耳設計來降低電芯內阻，提升瞬態功率輸出能力和動能的穩定性。並且，欣旺達開發集成EIS（電化學阻抗譜監測）、端雲協同控制、SOX算法及AI安全預警的BMS系統，讓電池更加智能，更加安全。

另一方面，現階段的人形機器人所用的電池還普遍存在電芯一致性差、異形結構的適應能力弱的特點。

有部分人形機器人廠商反饋，電池在多次使用后明顯感覺性能不行，容量衰減厲害，同時受電芯尺寸限制，電池系統難以適配機器人軀體的異形結構，無法滿足不同部位的空間需求。

對此，欣旺達創新性採用「主軀干電池+關節微型電池」的混合架構，結合輕量化結構材料，滿足異形軀體適配性的同時，降低電池的整體重量。

人形機器人對電池的要求，遠超傳統消費電子或電動汽車。它需要一個在能量密度、功率密度、安全性、環境適應性和成本之間達到極致平衡的「五邊形戰士」。這種近乎苛刻的綜合性能要求，正在推動電池技術向着新的物理和化學極限邁進。

欣旺達深知不同行業的需求差異。欣旺達相關人士表示，「我們以全鏈條定製化電池方案，精準匹配人形機器人異形結構；憑藉材料、結構、智能管理的技術積累，重點聚焦工業、服務高頻場景，這些場景對電池的壽命、動力穩定要求更高，也更能凸顯技術優勢。同時，攜手行業夥伴，參與行業標準制定及相關項目，加速人形機器人規模化商用。」