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康殷
2025-06-16 20:32
在人形機器人產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的當下，“充電一小時，工作兩小時”的續(xù)航困境成為其規(guī)?；瘧玫钠款i。
傳統(tǒng)鋰電池在能量密度與安全性上的雙重局限，使得行業(yè)將目光聚焦于固態(tài)電池技術。作為下一代電池技術的核心方向，固態(tài)電池憑借高能量密度、高安全性及長循環(huán)壽命等特性，被視作破解人形機器人續(xù)航難題的“終極方案”。
多重瓶頸制約續(xù)航
相比于傳統(tǒng)消費電子、新能源汽車領域，人形機器人對鋰電池產(chǎn)品提出更為嚴苛的性能要求。據(jù)了解，當前多家人形機器人產(chǎn)品存在“充電時間長、續(xù)航時間短”的問題，由于內(nèi)部空間受限，電池體積無法無限擴展，需要在較小體積和重量內(nèi)提供足夠能量，以保證機器人長時間運行并完成各項復雜任務。另外，電池安全性和穩(wěn)定性也至關重要，需具備完善的過充、過放、過熱保護等功能。
“當前行業(yè)處于電池性能追趕市場需求的關鍵階段，需從材料科學、制造工程、人工智能多領域協(xié)同突破?！弊鳛橄M類電池解決方案提供商，豪鵬科技技術負責人告訴記者，目前制約人形機器人電池續(xù)航提升的關鍵技術瓶頸，主要體現(xiàn)在電池能量密度、高倍率放電性能及電池管理系統(tǒng)（BMS）優(yōu)化三個方面。
“首先是電池能量密度不足，難以滿足高能耗需求。當前主流鋰電池（如三元鋰）能量密度僅240Wh/kg，遠低于突破更持久續(xù)航所需的400Wh/kg門檻。以特斯拉Optimus為例，其配備的52V、2.3kWh電池，僅能支持2至4小時運動，而人形機器人高強度、高頻次動作需要更持久的能量供給?！焙砾i科技上述技術負責人表示，現(xiàn)有技術依賴漸進式改良，需轉向固態(tài)電池等革命性突破，才能從根本上提升能量密度。
此外，高倍率放電導致性能劣化與安全隱患。人形機器人跳躍、抓取等動作需電池瞬時高倍率放電，但大電流易引發(fā)嚴重發(fā)熱，導致電池循環(huán)壽命衰減和熱失控風險。
“仿生四足機器人電池循環(huán)壽命約1000次，而人形機器人因動作更復雜，電池衰減速度更快。高頻次高負荷放電場景下，現(xiàn)有電池材料體系難以平衡功率輸出與穩(wěn)定性。”豪鵬科技上述技術負責人指出。
另外，電池管理系統(tǒng)動態(tài)能效優(yōu)化不足。傳統(tǒng)BMS在動態(tài)能耗場景中存在缺陷：面對抓取重物等突發(fā)動作引發(fā)的電流陡增，現(xiàn)有算法無法實時匹配功率輸出，導致能量計算誤差和浪費；機器人運動（如手臂擺動、下坡行走）產(chǎn)生的動能未被有效回收，進一步加劇能源流失。
“這些問題需通過AI賦能的BMS解決，利用強化學習優(yōu)化管理策略，實現(xiàn)動作能耗預測、功率動態(tài)調(diào)整及能量回收?！焙砾i科技上述技術負責人指出。
材料與結構創(chuàng)新
在人形機器人領域，鋰電池技術的主要發(fā)展方向為高鎳三元電池和固態(tài)電池。其中，高鎳三元電池能量密度較高，能夠減少電池體積和重量，提高機器人帶電量，而固態(tài)電池則以卓越的安全性脫穎而出。
“續(xù)航能力是機器人自主作業(yè)的關鍵，我們一直在挑戰(zhàn)能量密度的天花板?！焙砾i科技上述技術負責人表示，在提升電池能量密度方面，公司專注結構創(chuàng)新與材料應用。
在結構創(chuàng)新上，豪鵬科技最新研發(fā)的方形疊片電池，通過突破傳統(tǒng)卷繞工藝的局限，實現(xiàn)了電芯內(nèi)部空間的極致利用?！斑@種設計使得我們的電池能量密度相比同行業(yè)卷繞工藝電池有了大幅提升，為機器人‘瘦身增程’提供了強有力的動能支撐。”豪鵬科技上述技術負責人表示。
在材料應用上，豪鵬科技在正極材料上積極布局富鋰錳基等新材料研發(fā)，搭配高電壓技術，克容量發(fā)揮可提升20%以上?！澳壳斑@項技術已經(jīng)進入小試階段，未來有望大幅提升電池的能量密度?！焙砾i科技上述技術負責人透露。豪鵬科技在負極材料上也不斷創(chuàng)新，致力于高硅負極材料的開發(fā)。“10%至30%硅含量的負極已經(jīng)在手機、智能穿戴等高能量密度項目中得到了應用，未來我們將根據(jù)客戶需求，逐步導入機器人項目?！?/p>
固態(tài)電池相比傳統(tǒng)鋰電池，在人形機器人應用中優(yōu)勢顯著?！肮虘B(tài)電池通過采用固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解液，顯著提升了能量密度和安全性。固態(tài)電池的高能量密度意味著在相同體積下可儲存更多電能，直接延長機器人單次充電后的工作時間。其不可燃、不揮發(fā)的特性則大幅降低了熱失控風險，提升了機器人運行的安全性。”新智派新質(zhì)生產(chǎn)力會客廳聯(lián)合創(chuàng)始發(fā)起人袁帥告訴記者。
今年5月，電池負極材料龍頭貝特瑞發(fā)布了固態(tài)電池材料整體解決方案，涵蓋貝安FLEX半固態(tài)及GUARD全固態(tài)系列產(chǎn)品。針對人形機器人對電池體積和重量的嚴格要求，貝特瑞通過材料創(chuàng)新、結構優(yōu)化兩大策略，實現(xiàn)了高性能與輕量化、小型化的平衡。
貝特瑞電池技術負責人告訴記者，在材料創(chuàng)新方面，F(xiàn)LEX系列高鎳三元正極采用分子級原位包覆技術，有效提升了體積能量密度；GUARD系列正負極采用富鋰錳基正極與鋰碳復合負極設計，大幅提升了單體電芯的能量密度，進一步縮減了電芯體積，更好地適配人形機器人軀干或關節(jié)的狹小空間。在結構優(yōu)化方面，F(xiàn)LEX系列硅基負極采用納米多孔結構，提高了極片壓實密度，實現(xiàn)了電芯內(nèi)部空間利用率的最大化。
充電能力和安全性全面覆蓋
安全是機器人應用的基石，尤其在復雜多變的環(huán)境中。構建從電芯安全到系統(tǒng)主動防御的多重安全保障體系，成為電池研發(fā)企業(yè)攻克的焦點。
“我們的半固態(tài)電池采用了聚合物固態(tài)電解質(zhì)替代了易燃的液態(tài)電解質(zhì)，顯著降低了熱失控的風險。目前，這款電池已經(jīng)成功通過針刺、過充等安全測試?！焙砾i科技上述技術負責人表示，公司通過獨特的電池包結構設計，有效阻止了熱蔓延；同時搭載了自主研發(fā)的AI BMS系統(tǒng)，通過云端數(shù)據(jù)實時監(jiān)測電池的健康狀態(tài)，實現(xiàn)故障預警并及時干預，降低了極限場景下的安全風險。
效率是機器人的生命線，而漫長的充電等待時間一直是提升生產(chǎn)力的瓶頸。豪鵬科技介紹，目前其電池產(chǎn)品可以實現(xiàn)6分鐘充電至80%SOC（充電狀態(tài)）的表現(xiàn)，大幅縮短了機器人的充電時間。此外，豪鵬科技還發(fā)揮了鋰離子電池PACK方案的優(yōu)勢，結合BMS技術積累，為多家頭部人形機器人廠商及四足機器狗新銳科技企業(yè)提供成熟可靠、滿足快充需求的電源產(chǎn)品。
安全性和充放電效率上，貝特瑞同樣有著獨到經(jīng)驗?！拔覀兊募夹g發(fā)展方向主要圍繞高能量密度與安全性并重、快速充放電效率優(yōu)化、特殊工況下的穩(wěn)定性與可靠性這三個核心方面進行規(guī)劃，保證了機器人在各種環(huán)境下的正常運行?！必愄厝鹕鲜黾夹g負責人表示。
“貝安FLEX系列電池采用復合固態(tài)電解質(zhì)技術（氧化物+聚合物），為機器人的多場景應用提供了堅實的電芯材料安全保障?！必愄厝鸱矫娓嬖V記者，特別是其電解質(zhì)材料具有更優(yōu)的低溫動力學性能，在零下10℃情況下電池內(nèi)阻降低10%，這一特性為機器人電池在北方寒冷地區(qū)的應用奠定了材料基礎，解決了戶外機器人冬季續(xù)航驟降的痛點。
在正負極方面，F(xiàn)LEX系列的三元正極具有高熱穩(wěn)定性，硅基負極具有低膨脹性，二者共同作用，顯著提升了電芯的穩(wěn)定性，為機器人在突發(fā)安全隱患時提供了額外的應急處置時間。
對于貝安GUARD系列電池，貝特瑞上述技術負責人指出，GUARD系列更側重于特種應用，它采用固態(tài)電解質(zhì)替代電解液，從根本上消除了熱失控風險。即使機器人發(fā)生嚴重塑性變形、結構徹底破壞，也不易發(fā)生起火爆炸事件。同時，在負極方面采用三維鋰碳復合負極，提供了高達2000mAh/g的容量設計，有助于實現(xiàn)超高比能量，大幅提升航空航天等場景下機器人的有效負載能力。
在充放電效率上，貝安FLEX系列采用有機無機復合固態(tài)電解質(zhì)技術，有效改善了固態(tài)電池界面接觸，降低了電芯內(nèi)阻。此外，全固態(tài)GUARD系列完全避免了電解液的使用，從源頭上解決了鋰離子電池的安全隱患。機器人終端可以根據(jù)具體的應用場景，組合相應的技術，從而有效解決多場景下機器人的安全問題。
產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同尋求突破
根據(jù)高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所的預測，到2035年，全球人形機器人市場銷量將超過500萬臺，市場規(guī)模將超過4000億元。這將帶動鋰電池需求的躍升，形成千億級市場新空間。
在機器人用電池領域，豪鵬科技已經(jīng)與多家知名機器人廠商建立了緊密的合作關系?！拔覀兣c商用服務機器人行業(yè)的領跑者建立了長期穩(wěn)定的合作關系，產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)供應。同時，我們還與某高水平機器人企業(yè)達成了戰(zhàn)略合作關系，共同推動機器人動力模組的小型化、輕量化、高效能等方向的技術創(chuàng)新?！焙砾i科技上述技術負責人表示。
目前貝特瑞正在積極與機器人電池制造商接洽，共同探索機器人用電池材料的最佳解決方案?！拔覀兿嘈牛S著合作的深入，貝特瑞的固態(tài)電池材料將在機器人領域得到更廣泛的應用?！必愄厝鸱矫姹硎尽?/p>
專注智慧口岸裝備研發(fā)的盛視科技，日前也在人形機器人研發(fā)方面取得重要進展。據(jù)了解，針對口岸場景需要長續(xù)航服務，公司技術人員告訴記者，正研究機器人自主換電方案，“機器人設計安裝兩塊電池，其中一塊由機器人自行換電，提高服務續(xù)航效率”。
對于機器人用電池市場的未來發(fā)展前景，貝特瑞方面表示，隨著科技的進步和社會的發(fā)展，低空飛行器和人形機器人等新興領域正在迅速崛起，對于高性能、安全可靠的電源系統(tǒng)的需求日益增長。固態(tài)電池材料提供的多樣化解決方案，可以滿足不同客戶的具體需求，未來將進一步拓展這一市場。
校對：陶謙
