如果说车企们在电动化大潮中得到什么经验教训的话，那就是只有掌握电池技术才有可能享受到市场高涨带来的红利，而且是越早越好，否则得到的只有成本上涨、供应短缺的痛苦。

意识到这个问题，近两年来车企们纷纷收购电池企业股份、搭建团队自研自产电池，包括奔驰、大众、通用、宝马、广汽等国内外车企入场，特斯拉也不例外。

比如大众挖来曾在LG、三星和苹果担任过电池研发负责人的安顺浩，今年将其任命为电池公司PowerCo的CTO，大众的第一家电池超级工厂也在今年7月开工建设。

未来新能源汽车年渗透率从20%到50%的市场争夺战中，车企要面对的成本、供应链以及新产品开发效率竞争的压力只会越来越大。

特别是由于电池决定着电动汽车的整车性能和用户的感知体验，如果不能基于电池的技术创新开发出更具有市场竞争力的新车型，车企的品牌影响力将大打折扣。

可以说，不自主做电池的车企未来很可能沦为一个不赚钱、性能没有差异化导致品牌力孱弱的“代工厂”，到时候只能眼睁睁地看着别人吃肉。

早在2012年比亚迪就看到了这一点。彼时的比亚迪在年报中这样写道，“在电动汽车方面，本集团已掌握整车控制系统、电源及其控制系统、电机及其控制系统三大核心技术。”这也有了十年后万亿市值的故事。

对于整车企业来说，未来竞争的关键在于能否像比亚迪一样掌握电池核心研发及制造的技术能力，以及自己的产品研发-制造体系是否能足够高效。

一方面，研发的高效率要建立在一个坚实的研发体系基础之上。

另一方面，车企还要在掌握量产know-how的基础上寻求组合式创新，通过电池技术创新带动整车性能提升，培育出一个能打的电动车品牌。

在汽车电气化时代，电池技术取代发动机成为动力领域的核心技术能力之一，将逐步成为各家头部车企精心培育发展的重中之重。

对车企来说，短期来看，掌握电池研发制造环节是为了控制成本，毕竟电池成本已经占据整车成本的40%。中期来看，掌握电池技术可以有效保障车企未来在市场份额扩张时电池供应充足。

长期上，只有将电池技术培育成整个组织的核心能力的车企才有可能在未来占据竞争优势，让电池厂跟着车企自身产品需求下的电池技术路线走，真正掌握产业链的议价权和主导权，在整车性能上与其他车企形成区分度，形成品牌竞争力。

在新能源汽车领域，面向整车新产品开发需求的动力电池核心研发能力及体系构成可以大致分为三层，如下图所示。

新产品开发主要依托企业的核心技术能力进行，因此图中新产品开发能力金字塔的底层是各类核心技术能力。

在面向整车的动力电池研发方面，包括电池模组设计能力、电芯设计能力、包含正负极、隔膜、电解液等材料在内的材料开发能力、电化学仿真能力、材料计算能力、测试实验能力、制造工艺能力等等。

中层是研发-制造整合能力，因为在构建研发能力体系过程中，核心要解决如何处理组织内部核心能力、知识和流程的整合问题，这是一个跨学科、跨职能的问题。

整个产品开发体系如果想要高效地运转，就必须形成强大的研发整合能力，将各项技术能力以及各方面研发团队掌握的数据和知识有机地整合在一起。

特别对于从燃油车向电动车转型的车企来说，电池技术研发和整车开发的融合至关重要。

此外，要想加速推出新产品，就必须在研发体系内考虑设计与制造相融合，这里的制造能力包含了试制能力和大规模量产能力。

车企只有覆盖从试制到量产的全流程，才有可能完整掌握电池技术的工艺能力，加深对电池设计、仿真测试与制造的内在理解。

车厂打造动力电池研发体系，同样要靠数字研发能力

车企无论是从供应商采购电芯，还是自研自产电池，电池本身的产品开发过程都会经历A样、B样、C样等几个阶段，研发流程实际上是多次原型方案设计-测试验证（包括实验和仿真）的循环。

整个过程需要充分考虑电池化学体系和电池结构、电池性能表现、生产工艺可行性和成本等各方面因素，考察新电池产品是否满足了新车型在安全性、能量密度、功率等方面的预期设计需求。

以下图中的宝马研发电池流程为例，在前两期实验室阶段主要验证材料体系在理论容量、循环性能等方面的表现。

A样产品主要验证材料性能和电芯设计，B样阶段主要在验证制造可行性，确定工艺，最后才是投入量产产品。可以看出，这基本上和电池企业内部研发阶段划分和决策考虑都是一致的。

图 宝马电池研发流程 来源为下一代电池公众号

图 宁德时代产品研发流程

对于车企来讲，车企需要考虑整车开发流程的进度，电池研发过程要和整车开发进度相匹配。

图 整车及电池相关产品的开发阶段划分

进一步讲，研发流程大体相同的情况下，对于想要在未来竞争中站住脚的车企来说，自研自产电池及相关动力系统产品除了要追求量产方面的稳定性外，更重要的是要和电池企业和其他车企比拼新产品开发效率，而开发的高效率要建立在一个高效且稳定的研发体系基础之上。

电池企业的优势在于过去发展过程中积累下来的大量设计经验和工艺经验，再结合仿真技术可以有效指导下一代新产品的开发，而车企在短时间内无法通过沿用电池企业过去“试错为主”的研发模式来积累设计经验，这不符合车企希望快速建立电池技术研发能力体系的需求。

一个坚实的研发体系必然包含明确精准的设计目标、注重TTM（TIME to market）、整合内外部资源、高质量且高效的原型方案设计-测试验证循环，这些可以帮助车企更快地开发出更有吸引力的新产品并探索验证新的生产工艺流程。

因此，车企需要在电池领域建立起一套更加高效的设计—仿真/测试验证—制造的产品研发循环，以竞争对手更快的速度来实现新产品开发，才可能赢得战略上的主动权。

· 引入多尺度仿真，加速电池正向设计

其实在整车系统设计开发领域，近年来主要在通过增强仿真的置信度和指导作用来加快新车型产品开发的效率。以长安汽车为例，长安汽车对标福特汽车、通用公司建立CAE仿真置信度5级评价体系，试验次数逐级减少，仿真比重逐级上升。

在电池研发方面，也有同样的正向设计趋势，即逐步减少中间实验试错迭代的步骤和次数，逐步提高仿真指导设计的比重，同时通过数字化手段提高设计-测试/仿真-制造循环过程中的数据收集、整理和分析流程的效率。

电池研发将从实验试错为主导逐步转变为仿真驱动正向设计为主导，从各环节、各团队独立分析逐步转变为组织整体协同研发。

图 清华大学李哲副教授：动力电池的先进设计技术与研发模式变革

由此可见，车企需要借助数字化研发技术来构建高效产品开发循环。

就构建电池研发体系本身而言，车企一是要结合底层的材料计算、电化学仿真等技术进行正向产品设计，尽可能减少制样测试的次数，避免盲目试错。

二是要运用仿真及测试数据管理与分析等数字化技术提高研发效率，提高中层的研发整合能力。

这些关键数字化技术也在不断演进，有一些新的发展趋势和新的研发工具软件值得关注。详细内容已在《头部电池企业未来拼什么？数字研发技术》和《仿真驱动电池正向设计》（点击蓝字跳转阅读）中分别做过详细的阐述，下面将结合车企应用进展来简要介绍：

CAE仿真作为经典的研发数字化技术之一，目前主要发展趋势为多尺度仿真。微观尺度上的材料基因组、DFT、MD等方法都是从材料本征特性出发，辅助筛选出新型正负极、电解液、隔膜以及粘结剂等材料，开发新的化学材料体系。

另一方面，在颗粒尺度上构建真实极片结构模型，优化现有的P2D模型，从电极真实微观结构出发提高电池整体性能。这类思路主要是基于现有材料体系，最大限度发挥材料性能。目前多尺度仿真的实际应用也更多集中在颗粒和极片层面。

此外，未来固态电池的研发将基于新的电化学理论模型，这就需要依托电化学理论创新来实现工程创新。

目前已有车企开始运用新兴的材料开发技术，为下一代电池材料化学体系开发做好技术储备。例如丰田汽车在2021年宣布与量子计算软件公司QunaSys达成合作。丰田将采用QunaSys的量子计算软件来寻找新材料来优化和提高丰田的电池性能。

量子计算软件是基于密度泛函理论DFT来模拟多种材料的电子结构模型并得出各种材料的性能表现。相较于现有超算资源，量子计算运行DFT的计算时间更短且仿真结果更为准确。

丰田此举是希望运用量子计算支撑的DFT材料计算方法来寻找最优的固态电池材料。

在导入仿真技术方面，部分国内外车企开始导入电池仿真研发工具。

以吉利汽车为例，国内电池仿真软件公司易来科得将为吉利汽车提供电芯设计、电化学-热-寿命性能仿真、快充分析和装车性能等研发工具，在百微米级别的尺度下通过建模仿真加速电芯型号设计，降低实验试错成本。此外，易来科得还将帮助吉利汽车建设自有的材料、工艺、测试对比等知识库。

国内造车新势力如蔚来也在寻求电芯研发高端人才。从今年校园招聘博士专场信息来看，蔚来招聘岗位包括电化学仿真、电池机理分析、硅基方向负极、石墨负极、锂金属负极、高分子电极材料等研发方向。

以电池机理分析工程师为例，该职位工程师要承担起探索电池机理、多尺度仿真、材料计算、实验测试、仿真模型开发等任务，帮助企业建立电池仿真-测试的研发能力。

据悉蔚来电池研发团队已超过400人，已覆盖电池材料、电芯设计环节。

除去运用材料计算技术、电化学仿真技术实现材料创新外，还有的车企从电池结构创新入手结合材料创新，典型的最早如比亚迪2018年末推出磷酸铁锂刀片电池，带领磷酸铁锂装车量和方壳电池市场份额一路上扬至今。

再比如去年特斯拉推出4680大圆柱电池就是在结构和工艺方面进行了创新，重新引起了市场对于圆柱电池技术大规模应用的关注。而且特斯拉4680上也突破性的使用了硅基负极材料，以此提升电池能量密度。

· 运用数字化技术塑造高效研发协同

对于车企来说，电池设计、仿真和测试的数据能否畅通无阻地在电池研发团队内部传递共享，团队成员能否直观地理解这些数据背后的意义，将是至关重要的。

更重要的是，如何将电池测试得到的数据结果直接反馈到其他整车研发部门的团队，更加高效地完成电池这一子系统的开发，满足上层系统的设计需求，这些是研发整合的基础，也将决定整个研发体系整合的效果。

由此，研发整合方面，车企需要搭建一个统一的研发数据管理分析平台，实现电池研发数据的全过程追溯，为之后将电池测试与仿真相结合、电池研发与整车研发相结合、电池使用工况数据分析打好基础。

进一步的，企业可以通过建立数据平台对测试过程数据和结果数据进行分析和规律挖掘，尽可能地运用AI等技术提炼出电池内部机理规律。

在数据分析这方面，目前已有部分车企开始导入一些新技术和新的研发工具，希望以此加快构建自身电池研发设计的技术能力。例如戴姆勒（梅赛德斯-奔驰）就导入了Voltaiq的EBI平台。

Voltaiq开发的EBI（Enterprise Battery Intelligence）平台可以从电池测试实验室、生产线和实际工况下的电池组自动化地收集大量电池数据，后续整个分析过程是基于云服务的。

图 Voltaiq平台技术及其商业模式

Voltaiq可以改变原先手动的基于EXCEL的数据处理方法，并提供AI技术应用的开发环境，以加速新材料、化学制品和制造工艺的测试与分析。其平台技术有助于整车企业和电池企业缩短电池新产品开发周期，更有效地设计、开发、制造和使用电池产品。

综合来看，电池的材料创新、结构创新与系统集成创新又都离不开信息技术的运用，愈发需要通过计算与数据来整合、驱动整个研发体系。

车企在电池研发能力体系建设上既有引进从微观到宏观的多尺度仿真技术，也在引入构建打通设计、测试、仿真的综合数据平台，以此实现电池研发数据的全过程追溯，以及跨部门、跨组织的研发协同。

此外，从研发体系出发延伸开来，研发设计与制造的融合趋势变得愈发重要，制造工艺与设计仿真相协同，加快新产品进入大规模制造环节的速度。

对于介入电池研发制造环节的车企来说，需要更多从整车研发的角度来考虑动力电池技术创新。比如在底盘动力控制域需要考虑电池包与底盘的直接集成，以及电池作为整车零部件涉及到的NVH问题。

此外，车企可以运用云端电池数据，探索电池机理规律，反馈得到的衰减数据，可以用于加深对电池老化机理的理解，优化电池设计，甚至还可以有效地缩短BMS系统开发周期。

整车开发也需要考虑平台对多种型号类别的电池兼容性。

例如通用得益于在电池测试验证方面和材料研发环节的深度介入，通用的奥特能平台的电池兼容性是很强的，可以兼容磷酸铁锂、三元以及未来的固态电池等。

构建电池研发核心能力，材料技术研发先行

总的来说，由于电池材料体系变化速度相对较慢，大的变化几乎10年-20年才能赶上一次，这也就给了车企们追赶电池企业和布局下一代电池技术的机会窗口。

部分车企在电池技术路线研发布局方面已初具体系，比如2021年宣布加强电池布局的广汽在正极材料上布局了磷酸铁锂和三元路线，负极方面积极研发硅基负极材料，同时在隔膜、电解液、导电剂、粘结剂、电芯型号设计等方面积累研发技术。

广汽通过自研电池技术打响进军高端电动车品牌的第一枪。装载海绵硅负极片电池的广汽埃安AION LX Plus成为了首款续航超1000km的纯电车型。

广汽的海绵硅负极片电池采用三元正极材料，负极材料为氧化亚硅，在材料上大幅提升电池能量密度和整车续航里程。

具体研发上广汽采用纳米复合硅技术，将硅材料控制在纳米尺度，并在表面包覆，最大程度缓解硅在充放电过程中的体积膨胀，在粘结剂研发上也使用了改性等手段，共同保障电极结构稳定性。

接下来，我们分析一下技术路线布局更为多元的宝马和大众，这两家车企也是非常典型的电动化转型样本。

BMW的电芯技术路线图，主要分为性能提升路线和低成本路线，而电池的未来形态还是往固态电池演进的，并且宝马认为固态电池将有可能颠覆整个现有电池体系的游戏规则。

低成本路线上，首先是推行无钴化，第二步无钴基础上降低镍含量，向富锂锰等方向演进，这方面国内蜂巢电池给出的判断是未来大无钴电池（广义）市场份额会达到70%以上。

不过宝马也在今年交流论坛上表达了对无钴材料在性能和成本上的疑虑，认为暂时无法达到需求，在未来中期改款时会考虑使用富锂锰基材料。

高性能路线上，宝马倾向正极上采用富镍技术，负极首先是硅的氧化物与石墨掺杂的负极，之后会实现更高硅含量的硅基负极，比如使用Si-C复合材料提升电池能量密度。

在电池形态上，宝马也在今年宣布将在第六代电动力总成上采用大圆柱电池而非过去一直使用的方壳电池，以此压缩电芯制造方面的成本、提高能量密度和充电性能。

大众汽车曾在2021年举办的电池日上公布过自身电池技术路线，介绍了对于各类化学材料体系的判断。正极方面高锰材料体系（High-Mn Cell）会是大众下一阶段发展的重点。

下图中大众给出的预计是在成本相对较低的情况下，要实现与三元相当甚至更高于三元的续航里程，据此推测具体材料体系不大可能为磷酸锰铁锂，更有可能是高压富锂锰基材料或者尖晶石镍锰酸锂材料。

负极仍是以提高硅含量为方向，以此提升电芯能量密度和充电速度。

综合来看，车企在电池技术路线上的差异没有非常明显，在现有主流化学体系没有大的进展之下，车企主要任务是追赶并跟上趋势，同时在能量、功率、安全三方面做出适应自身整车开发策略的差异化研发。车企更需要在下一代电池体系上占据先机，因此很多车企纷纷布局固态电池。

宝马投资了固态电池公司Solid Power，初步预计在第七代动力总成平台或者第八代是固态电池能够上车的节点。大众投资的是QuantumScape。奔驰在固态电池领域则投资了辉能科技和Factorial Energy，建立合作伙伴关系共同开发固态电池。

丰田在固态电池有很深厚的自主研发功底，预计量产在2025年。蔚来投资了卫蓝新能源和辉能科技，上汽、北汽和广汽则共同投资了清陶能源。

下场自产是车企电动化绕不开的试金石

车企迈出自己量产电池的这一步，难。

更难的是要在掌握工艺能力基础上提出新的技术创新，引领产业链风向，形成品牌差异化的竞争力。

是否下场自研自产是衡量车企电动化转型决心的试金石。车企只有亲自下场电池大规模量产，而不是只停留在试制或者中试线上，才有可能完整掌握电池技术的工艺能力，加深对电池设计、仿真测试与制造的内在理解，引领电池技术创新，同时通过产能的快速扩张建立规模优势。

提升动力电池技术创新能力需要从材料-结构-工艺-性能这个四面体关系出发。

在材料体系相近的情况下，结构创新十分重要，而且电池结构创新必然离不开工艺创新。这是车企自产电池才能真正引领创新的根本原因。

只是从当前进展上看，各家车企的决心和态度不尽相同。

· 新近下场的特斯拉

即使作为全球新能源汽车的科技风向标，特斯拉也在2020年开始像比亚迪一样开始自研自产电池。

前有比亚迪“刀片”出锋，后有特斯拉自产大圆柱。特斯拉在电池上的研发首秀可以说一下场就在结构创新和工艺创新上抓住了产业界的眼球，重新引起了业界对圆柱电池的重视。

特斯拉整个电池设计创新一部分来源于其对外部创新技术的快速整合吸收能力，并转化为量产能力。

其干法电极技术来源于收购的Maxwell，工艺装备改进能力更多来源于其收购的锂电设备公司Hibar。最终特斯拉在2020年推出了一套技术逻辑自洽的组合式创新方案。

4680大圆柱中的大尺寸与高镍正极、硅基负极搭配，共同提升电池能量密度。而为了应对大尺寸带来的更多产热和倍率性能下降，照顾热稳定性相对较差的高镍材料，全极耳的设计又可以降低集流体电阻减少产热量，提高温度均匀性，并且电池底部面积提高也可以提高散热性。

4680采用的干法电极技术工艺更为简单，成本更低，材料颗粒可以混合压实让电极更厚、容量更高，有利于发挥电极的高倍率性能。

目前特斯拉为4680电池规划了加州和德州两处自主量产工厂，今年Q3德州工厂开始爬坡量产4680电池。特斯拉的自研自产也带动了一批电池厂如宁德时代和LG的技术支持和产能配套，开始逐步掌握电池标准和研发方向的主导权。

· 漫不经心的宝马

在量产进度这一点上，宝马算是一个另类。虽然宝马早在2008年就开设实验室研发电池技术，2017年开设了电池技术研发中心Battery Cell Competence Centre (BCCC)，该中心可以进行早期的实验室电池试验以及原型样品试验。但是直到今年秋季宝马才会正式开设用于中试的电池生产中心。

宝马电动动力总成开发负责人Stefan Juraschek曾在2019年末表示制造电池并不会为宝马带来竞争优势，宝马具备与电池企业相当的知识和技术水平。这样的表态言语间似乎透露出一丝对电池技术的轻视和漫不经心。

只是从供应链依赖风险的角度出发，宝马是否自产电池在很大程度上取决于电池供应商市场的格局变化。

10月19日据财联社报道，宝马中国内部人士透露宝马将再投资百亿元扩建沈阳高压电池生产中心，但是否仍然是电池模组产线还是自主电芯产线仍待确认。

· 痛下决心但现实骨感的大众

与宝马不同，同为德系车的大众汽车可谓痛下决心，规划在欧洲就要建设6家电池工厂，产能总规模在2030年将达到240GWh。

大众做出的规划看似狮子大开口，但要是横向对比一下，就会发现大众恐怕要面对一个残酷的现实，那就是如果按比亚迪2023年销量在400万辆左右的话，比亚迪自产电池的装车量可能就将接近300GWh左右。

今年7月，大众汽车在在德国萨尔茨吉特的第一家电池工厂破土动工，该工厂将于2025年开始量产，预计年产量40GWh。大众汽车的电池业务也将由新成立的公司“PowerCo”负责。

这是大众汽车在2021年开设电池研发中心以掌握电池开发，工艺和试制生产等技术能力之后，继续向电池规模化生产迈出的重要一步。

根据大众汽车集团技术管理委员会委员，大众汽车集团零部件首席执行官Thomas Schmall的介绍，萨尔茨吉特的电池工厂将是一个在制造设备、基础设施、产品、流程和数字化技术各方面都实现标准化的工厂，这将提升电池生产体系的柔性程度。而且整个工厂将会是一个囊括电池科研、研发、测试、生产和模组生产以及电池回收环节的综合中心。

大众汽车希望通过生产标准化的统一规格电芯来满足集团内部80%的车型，电芯成本也将有望降低50%。

· 杀伐果决、高举高打的广汽

相较于BBA在电动化投入上的犹抱琵琶半遮面，国内车企之中广汽推进量产的节奏之快，几乎每隔半年就会有新进展宣布。2021年4月广汽宣布从电芯、BMS和电池包三方面推进动力电池的自主研发及产业化应用。21年10月广汽集团审议通过了《关于自研电池试制线建设项目的议案》。

21年11月广汽称搭载海绵硅负极电池的广汽埃安AION LX Plus将成为首款续航超1000km的纯电车型，力图切入高端电动车市场。广汽埃安现已完成A轮募资近183亿，投后估值为1032.39亿元，是当前国内未上市新能源车企最高估值。

今年3月，广汽埃安自研动力电池试制线开工建设，海绵硅负极电池的生产也是从这条线开始的。在推向量产的过程中，广汽埃安还开发了梯度复合涂布技术，通过工艺创新改善缓解硅基材料的膨胀问题。

今年8月25日广汽宣布决定设立自主电池公司绿擎电池，开展自主电池产业化建设，项目总投资109亿元，至2025年建成26.8GWh量产线。同时广汽参股的巨湾技研将建设电池生产基地项目，量产极速充电动力电池的电芯、模组以及PACK系统，总投资36.9亿元。

广汽在电池规模量产方面显得异常果决，这与广汽对电池自主化的看法密不可分。

广汽认为掌握电池技术是区分企业核心竞争力的重要因素。对于眼下的产业环境来说，这句话意在成本和供应链，从长远来看，这句话更是在强调产业议价权和战略竞争的主动权。

· 刚入局的蔚来

造车新势力中的蔚来汽车开始规划布局电池研发和试制产线。研发项目中包括电芯和电池包研发的31个研发实验室，以及1条试制线和1条电池包pack线。这意味着蔚来将开始自研电池，将来很可能投入电池规模化生产。

目前部分车企们如特斯拉、大众等已经不满足于只掌握电池制造这一环节，开始与原材料供应商深度绑定，在全产业链进行布局，希望在上游材料和电池回收产生更强的控制力。

尾声

今年3月，著名汽车集团公司Stellantis计划将集团现有的意大利泰尔莫利(Termoli)工厂改建成一座全新的电池生产工厂。在此之前，这家工厂曾为Stellantis集团生产了数以万计的发动机。

或许这也正是汽车百年变革下的一个缩影，发动机的地位将被电池取代。可以看到，比亚迪正是因为具备了电池相关的核心技术创新能力，才能在2018年末产业界大部分人不看好磷酸铁锂的情况下逆势归来，又在电池原材料价格上涨情况下，依靠自身电池技术研发及量产能力，稳定支持新车型开发量产。

在近两年新能源车渗透率急速上升的产业态势下，比亚迪吃掉了相当大一部分的市场份额，成为这一波浪潮的最大赢家。比亚迪新能源乘用车1-9月累计销量115.3万辆（乘联会零售口径），超过特斯拉的90.9万辆，悄然间已经拿下全球新能源汽车销量的头把金交椅。这就是核心竞争力的体现及结果。

车企如果希望在新能源汽车渗透率达到50%的时候还留在牌桌上的话，自研自产电池将成为一道必答题。车企只有与时俱进围绕电池技术构建高效的研发制造体系，才有可能赢得战略主动。

此时，已经在这个方向上做了十多年的比亚迪正站在电动化的尽头等待着同伴的出现。

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