人形机器人电池的技术、生态与经济账

21世纪经济报道记者 罗亮

今年以来，人形机器人几乎就没“歇过”，跳舞、跑马拉松、扭秧歌、打拳的视频持续刷屏互联网。另一方面，相关企业迎来罕见的融资高峰，估值上百亿元，许多成名已久的互联网大厂也成为背后的资方。

多数观点认为，2025年是人形机器人量产元年，全球人形机器人市场规模预计达63.39亿元。展望未来，人形机器人的市场规模将呈现指数级增长的态势。高盛预测，到2035年，全球人形机器人市场规模将达到380亿美元。

目前的增长主要得益于制造业、物流仓储等场景对自动化和智能化升级的迫切需求。例如，特斯拉计划在其工厂部署数千台Optimus机器人，用于执行焊接、搬运等任务。而更大的市场空间将来自家庭服务与医疗康养等场景的应用，合计占比或将达到45%。

不仅限于特斯拉，国内的极氪、美的、北汽、比亚迪和亨通，越来越多制造企业正在探索如何把人形机器人引入产线。但从社交媒体真正走向现实应用，能够持续工作，替人类解决重复的、成本高的劳动问题，人形机器人还有很长的路要走。

这其中电池作为“动力之源”，在人形机器人探索商业化的征途中，能源系统，特别是电池技术，扮演着至关重要的角色。电池不仅是机器人的“心脏”，为其提供动力，更是决定其经济性、实用性和应用边界的“阿喀琉斯之踵”。

面对人形机器人这一新兴市场，电池厂商的态度正从早期的观望转向积极的战略布局。宁德时代、欣旺达、国轩高科、亿纬锂能、蜂巢能源等国内动力电池头部企业，纷纷宣布将人形机器人纳入其电池技术的布局范畴。

电池“经济账”的双重角色

如果从硬件制造的角度，动力电池在人形机器人占比并不高。根据民生证券对特斯拉Optimus机器人的成本估算，其核心硬件成本约占总成本的69%。在特斯拉Optimus的BOM成本中，电池成本仅为2180元，占总成本的0.5%。

不过，这一占比并非唯一，业界普遍认为电池占人形机器人成本在1%上下，这一比例低于减速器、伺服电机和控制器等核心运动部件。

尽管如此，动力电池需求潜力仍巨大，预计到2030年，全球人形机器人的出货量将达到500万台，按每台电池容量2.5度电计算，至少也有12.5GWh的电池需求，相当于25万辆续航500km的纯电动汽车。

这对于电池厂商是不容错过的市场机会，欣旺达是全球锂离子电池领军企业，准确抓住了消费电池、动力电池和储能电池风口。2023年至2024年的出货量增长率计算，欣旺达是全球十大动力电池厂商及全球十大储能电池厂商中增速最快的公司。

与此同时，动力电池的重要性还体现在其性能直接决定了机器人的续航、充电频率和整体工作效率，其技术选型和性能参数对后续的运营成本有着深远且决定性的影响。

因此，尽管BOM成本占比低，但企业在选择电池方案时，仍需进行长远的经济性考量，而非仅仅关注初始采购价格。运营成本不仅包括能源消耗，更涵盖了因充电或换电导致的停机时间、维护人力成本以及电池本身的折旧和更换费用。

否则低效的充放电循环直接转化为高昂的运营成本和低下的投资回报率。因此，在评估人形机器人的经济性时，采用全生命周期成本来衡量更为合理。

在这种视角下，电池的能量密度、充电速度、循环寿命和安全性等性能指标，直接决定了机器人的有效工作时长、维护频率和能源效率。

目前主流动力电池普遍只能工作3～6小时，沉重的电池更束缚了其灵活性。“这就像游客手机没电扫兴而归，机器人的潜力同样受制于能源核心。”欣旺达小动力电池技术专家周双军表示。

有限的续航时间不仅限制了机器人的连续作业能力，更通过增加充电频次和停机时间，显著推高了其运营成本，成为制约其商业化大规模落地的关键障碍。

在今年举办的人形机器人半程马拉松中，天工Ultra拔得头筹。但在这场胜利的背后，为了完成全程，天工Ultra中途更换了3次电池。

显而易见的是，人形机器人的续航能力，还远未跟上商业化落地的节奏，直接削弱了人形机器人在成本上替代人力的优势，延长了其投资回收期，现阶段的权衡之计是通过运营模式（如自主换电功能）创新来弥补续航短板。

逼近极限的“五边形战士”

归根结底，提升电池本身的性能才是解决机器人续航问题的根本途径。

相关数据显示，目前人形机器人的动力电池还是以三元圆柱锂电池为主，市场占比约70%，电芯能量密度250~300Wh/Kg之间，电压平台多集中在48~58V之间，还有部分厂商选用磷酸铁锂电池，以及试点半固态/固态电池。

锂电池龙头欣旺达同多家人形机器人厂商调研得知，人形机器人的续航目标是8小时，现阶段还有距离。

针对这一诉求，欣旺达技术团队通过对电芯材料创新（如高镍高硅化学体系）、工艺创新来提升电芯的能量密度，目标初期阶段提升至350Wh/Kg，以破解续航难题。

而下一步，则是寄希望于半固态电池和固态电池技术的成熟，固态电池理论能量密度最高可达500Wh/kg以上，是传统液态锂电池的2至3倍，能够显著延长机器人的工作时间。

欣旺达自2015年开始布局固态电池，至今已有10年研发经验，现在在320Wh/kg和360Wh/kg上面，已经实现了小批量量产，完成了百公斤级无人机装机飞行。

“人形机器人电池需在能量密度、成本和安全性间找到平衡点。”中国科学院院士欧阳明高表示，“2025年将是技术路线分水岭，半固态电池若能将成本控制在150美元/kWh以下，有望率先打开市场。”

值得一提的是，能量密度并非人形机器人厂商对电池的唯一要求，动力输出也是至关重要的环节之一。

从北京亦庄人形机器人半程马拉松比赛的表现情况来看，48V的电压平台很难满足机器人在长时间高负荷下对于动能输出、散热效率和能耗控制方面的需求，电池就需要向更高电压、更强动力方向升级，以适配在复杂场景下的动力需求。

另外，机器人日常运行过程中，也会有搬运、快速移动、跳舞等复杂动作，对动力要求更高。机器人厂商在实践中发现，电池的瞬态功率难以满足，且全放电周期内动能波动明显。

这就会出现在满电时电压高，机器人动力强，随着电量下降动能也同步下降，影响动作精度和连续性，需要实现稳定的3C级别持续放电能力。

与此同时，追求高倍率对电芯循环寿命提出了更高的要求，目前市面上高倍率电芯普遍只有200次左右，成为人形机器人寿命的瓶颈，多数厂家希望提升至600次以上，同时确保系统安全。

据了解，欣旺达采用的应对策略是全极耳设计来降低电芯内阻，提升瞬态功率输出能力和动能的稳定性。并且，欣旺达开发集成EIS（电化学阻抗谱监测）、端云协同控制、SOX算法及AI安全预警的BMS系统，让电池更加智能，更加安全。

另一方面，现阶段的人形机器人所用的电池还普遍存在电芯一致性差、异形结构的适应能力弱的特点。

有部分人形机器人厂商反馈，电池在多次使用后明显感觉性能不行，容量衰减厉害，同时受电芯尺寸限制，电池系统难以适配机器人躯体的异形结构，无法满足不同部位的空间需求。

对此，欣旺达创新性采用“主躯干电池+关节微型电池”的混合架构，结合轻量化结构材料，满足异形躯体适配性的同时，降低电池的整体重量。

人形机器人对电池的要求，远超传统消费电子或电动汽车。它需要一个在能量密度、功率密度、安全性、环境适应性和成本之间达到极致平衡的“五边形战士”。这种近乎苛刻的综合性能要求，正在推动电池技术向着新的物理和化学极限迈进。

欣旺达深知不同行业的需求差异。欣旺达相关人士表示，“我们以全链条定制化电池方案，精准匹配人形机器人异形结构；凭借材料、结构、智能管理的技术积累，重点聚焦工业、服务高频场景，这些场景对电池的寿命、动力稳定要求更高，也更能凸显技术优势。同时，携手行业伙伴，参与行业标准制定及相关项目，加速人形机器人规模化商用。”