锂电产业链数字化转型场景图谱构建与实践路径研究

     我国锂电池产业起步晚、发展快，产能对世界整体产能贡献约 70％，已经形成覆盖上、中、下游的完整产业体系，在电池材料研发和制备组装方面形成初步产业集群，行业竞争力不断提高。

      目前，新的科技革命和产业革命正加速演变，数字经济已成为带动世界经济社会发展的新动能。我国高度重视数字经济与实体经济的深度融合，相继发布了《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》《“十四五”数字经济发展规划》等文件，明确提出要加快制造业数字化转型，推动产业链上下游企业协同升级。特别是在锂电池产业领域，《新能源汽车产业发展规划（2021—2035 年）》《关于加快推动工业资源综合利用的实施方案》等文件，不仅凸显了锂电池技术创新与产业链协同的战略地位，更将数字化转型视为提升产业综合竞争力的核心策略，为锂电池产业乃至整个制造业的高质量发展奠定了坚实基础。在此背景下，锂电产业链的数字化转型不仅是技术进步的必然趋势，更是响应国家政策号召、实现产业升级的关键路径。

      一、透视锂电产业链数字化进程中的现状、问题与机遇

     （一）锂电产业链发展现状概述

      随着全球能源结构的调整以及新能源汽车产业的蓬勃发展，我国已把锂电池产业的发展列入“863”计划和“973 计划”，是政府大力支持和发展的新型电源产业。

      2023 年，我国锂电池总产量超过 940GWh，同比增长 25%，行业总产值超过 1.4 万亿元。其中，新能源车市场同比增长 40%，储能市场更是同比增长了 57%，这强劲的需求推动了整个锂电产业链上游达到 30% 左右的增长速度。然而，我国锂电池行业在 2020—2022 年急速扩张，企业竞争压力较大，产能过剩，市场预期下调，导致 2023 年产能利用率下降。2023 年，我国锂电池行业整体产能利用率大约为 76%，行业平均产能利用率仅为 57%。

      面对市场需求量的急剧扩大、产能交付的紧迫压力、产品规格日益多样化以及库存压力的持续上升，锂电池企业还需要进一步提升产业链数字化水平，优化生产流程，实现产能与市场需求的高效匹配，并有效管理库存，以缓解市场波动带来的不利影响。

     （二）锂电产业链数字化转型发展的瓶颈与问题

      目前，锂电产业链数字化转型侧重在平台层发展，缺少底层技术系统研究和探索，下面从产业链研发设计、生产制造、经营管理、供应链管理、运维服务五方面阐述面临的痛点问题。

      一是研发设计环节缺乏协同标准化。在企业研发设计数字化转型过程中，探索方向和进程不一，造成研发数据格式不统一、数据质量参差不齐、系统间接口不标准等历史问题，并且数字化协同研发也涉及多个部门和角色以及大量的敏感数据（如设计数据、制造数据、用户信息等），协同研发数据可能存在信息安全问题，产业链上下游企业难以有效整合和共享，影响了协同研发的效率和质量。

      二是生产制造环节缺乏极限智能化。锂离子电池制造面临极限制造环境挑战与数字化智能化挑战。首先，锂离子电池制造有极复杂的工艺流程（极片制造工艺、电池组装工艺，注液、预充、化成、老化工艺）、极快的生产速度（生产节拍快）、极严苛的环境控制（温度、湿度、清洁度等苛刻的量化标准），致使低延迟、高可靠的数据难以采集与传输。其次，锂离子电池生产制造的传统网络架构存在先天缺陷，使其难以应对产线设备故障、网络抖动、节点离线等异常因素。再次，锂离子电池制造对数据的完整性与标准化、流程的规范性要求高，而传统生产过程的连续性和实时性不高，产品全生命周期管理又缺乏基础数据和规范流程支撑，故障诊断和溯源难以快速准确定位。最后，锂离子电池制造所需的算法复杂度高、计算量大，定制化成本高，迅捷开发能力弱，致使数据标注、训练成本高，场景的可复用性弱。

      三是经营管理环节缺乏实时高效化。锂电产品在从订单接收至最终交付的全链条管理中，面临多重挑战。产品的物料清单（BOM）频繁变更、工艺数据动态调整、价格审核流程冗长、生产计划频繁变动以及入库效率不高等问题，共同导致了整体流程效率低下且透明度不足，直接影响了交付的及时性和客户满意度。此外，锂电产品的复杂性和物料主数据在研发、生产、销售各环节间需要保持高度一致性，导致销售部门在快速响应订单时往往难以即时锁定准确的产品物料编码。这不仅降低了工作效率，还可能在发货环节因数据流不畅引发入库延误等问题，进一步加剧交付管理的难度。

      四是供应链管理环节缺乏全流程贯通化。锂电产业链由锂盐原材料开采、电芯四大主材生产、锂电池电芯制造、锂电池 PACK 制造、储能和车载电池服务等多个产业组成，使其供应链管理尤为复杂，涉及原材料采购、生产加工、仓储管理、物流配送以及运维监控等多个相互依存的环节。目前，各环节之间的协同和信息共享尚不健全和信息传递不畅，导致供应链整体响应速度慢、效率低。此外，锂盐原材料价格的大幅波动直接冲击产业效益，而复杂的审核流程与耗时长的特性不仅推高了运营成本，还削弱了供应链的灵活应变能力，加之生产计划易受市场需求波动的显著影响，使预测准确性与调整速度均面临挑战。

      五是运维服务环节缺乏精准预测化。锂电池产品用于新能源汽车、储能等行业，其电池包预警和维修的数字化发展遇到诸多问题，包括传统车辆电池无法实时监测电池状态，难以提前预知电池故障；电池包运行过程中存在故障特征难拟合、难回归、难分类、难预警问题；电池包大数据模型库市场类型层次不一，分析模型缺少行业对标；传统维修过程中流程复杂烦琐，线下纸质记录作业效率低，个人知识库体系不完善造成的时间、人力成本高以及检修效率低等问题。

     （三）锂电产业链数字化转型新挑战和机遇

      1．锂电产业链碳排放管理的数字化挑战

      国际方面，欧盟最新颁布的《新电池法案》指出，自 2027 年起动力电池出口到欧洲必须持有符合要求的“电池护照”，记录电池的制造商、材料成分、碳足迹、供应链等信息。国内方面，国家发展改革委、市场监管总局、生态环境部联合发布了《关于进一步强化碳达峰碳中和标准计量体系建设行动方案（2024—2025 年）》，明确提出加快规范新能源汽车、光伏、锂电池等产品的碳排放管理，一是加强碳排放数据的收集、监测和报告工作；二是鼓励锂电产业链企业采用绿色生产技术，降低生产过程中的碳排放；三是加强退役光伏设备、风电设备、动力电池等产品的回收利用，推动循环经济发展。

      综上，绿色生产和可持续发展已成为行业的共识。我国企业从原材料开采、电池材料、电芯到电池系统、回收利用等领域进行全产业链布局，在面对诸如回收率和可再生材料利用的要求时，有一定的工作基础。但涉及供应链碳足迹核算和溯源时，仍缺乏以数字技术为支撑的数据基础，导致锂电全产业链总体碳排不明，难以切实保障锂电全生命周期过程绿色低碳，同时无法充分地回收可再生材料，造成资源浪费、不可持续。

      2．锂电“三高”市场挑战和机遇

      随着锂电新型技术的突破和新一代信息技术的快速发展，市场对锂电池提出了高性能、高质量、高安全性的“三高”严苛要求。在高性能方面，材料科学和数字科学结合推动了锂电池在能量密度、循环寿命及安全性方面的持续升级，还催生了固态电池等前沿技术的突破性进展。在高质量方面，下游整车厂对锂电池供应商实施更为严格的数字化审核标准，由“人机料法环”各环节数据要素组成产品身份名片，以确保供应链品质。在高安全方面，锂电池安全问题频现，根据应急管理部门的统计数据，2023 年第一季度自燃率上涨了 32%，平均每天就有 8 辆新能源车发生火灾（含自燃），用户已将电池高安全性作为新能源汽车首要参考因素。在高安全性市场导向下，现有电池系统安全需要融合大数据、数字孪生及云端管理平台数字化技术，围绕动力电池运行生命周期安全进行系统建模，从而满足对电池状态的精准预警、故障诊断与热失控预测市场需求。

      二、以探索和实践推进锂电产业链数字化转型

     （一）锂电产业链数字化“三阶段”实践研究

      锂电产业链的数字化演进历程，可以清晰地划分为业务数据化、数据业务化、业务智能化三个阶段，每一阶段均标志着技术与业务深度融合的新高度，如图 1 所示。

      1．业务数据化——稳固基石，奠定数字化转型基础

      过去，锂电产业链各环节的企业基本完成信息技术引入，将传统的业务操作转变为数字化的数据记录与分析。通过部署物联网设备、建立数据仓库及采用数据可视化工具，实现了对研发、生产、财务、供应链等核心业务流程的全面数据采集与实时监控，为后续的数据挖掘与业务优化提供了丰富、准确的数据资源。

      2．数据业务化——深度挖掘，释放数据价值

      当下，锂电产业链上下游企业为提升运营效率与市场响应速度，纷纷进入数据业务化的实践阶段。利用数据挖掘、大数据分析、孪生仿真、机器学习等技术，对海量业务数据进行深度剖析，挖掘隐藏于数据背后的业务规律与潜在价值，实现基于数据的业务决策与流程优化，驱动产业链上下游企业从研发设计、生产制造、经营管理、供应链管理、运维服务进行全链条业务优化和流程贯通。

      3．业务智能化——未来展望，规划中的转型蓝图

      未来，业务智能化是锂电产业链数字化转型的最终目标，AI 智慧赋能和敏捷适应将赋予产业链更强大的数据处理能力，能够更加从容地面对不可预测的挑战。通过搭建智能决策系统、智能生产体系、智慧供应链网络以及智慧服务体系，构建一个自主智慧的业务生态，实现业务的自动化、精准化与高效化协同。

      锂电产业链数字化转型步伐已从“数据业务化”的初级阶段跨越，迈入“业务数据化”的深化探索与实践阶段。在基础设施层面，产业链积极引入智能设备、高精度传感器、5G 通信网络及先进数据中心等基础设施，提供坚实的数据采集与传输能力。在技术应用层面，广泛采纳工业互联网、数字孪生、大数据分析及人工智能等前沿技术，推动产业链各环节的高效协同与创新升级。在数据应用层面，搭建业务中台、数据治理平台、大数据平台和工业模型库，实现数据资源的深度整合与广泛共享，提升了决策的科学性与时效性，使数据成为驱动产业链持续优化与增值的核心资产。

     （二）数据驱动研发创新，合力破解技术难题

      数字化转型驱动锂电行业研发创新。通过构建先进的数据分析平台，科研人员能够快速处理海量实验数据，精准识别影响电池性能的关键因素，加速新材料、新配方的研发进程。在产品开发的初期阶段，通过基于知识驱动的产品设计导航平台，获取相关领域的知识和最佳实践，指导产品设计和功能确定；在产品结构化工艺设计阶段，采用三维结构化工艺仿真技术建立动态仿真模型，优化设计结构，模拟各种变量和条件，并进行实时监控和调整，以提高反应效率、稳定性和可控性；在产品性能设计阶段，应用机器学习、深度学习等智能算法，助力预测电池寿命、优化充放电策略，推动电池性能持续突破；对于已经上线或正在使用的产品，通过平台收集用户反馈和意见，确定对产品研发的改进和优化方向。此外，跨领域、跨企业的数据共享与合作也在逐步推进，形成开放创新的研发生态，共同攻克行业技术难题。

     （三）广泛应用智能化生产系统，增强创新能力

      在生产制造层面，设备智能化数字化升级改造占据举了足轻重的地位，它不仅贯穿于产业链的各个环节，还显著促进了上、中、下游的协同发展，不仅是技术革新的关键驱动力，更是生产效率跃升、产品质量优化及整体运营管理智能化的核心支撑。以某锂电池厂商涂布模头智能化升级改造为例，该厂商采用动态优化的闭环控制系统，搭配先进的过程控制系统，部署智能涂布机。这款闭环控制涂布机融合了工艺机理分析、多尺度物性表征和建模、实时优化和预测控制等技术，可以实现精准、实时和闭环的过程控制，很好地解决了涂布面密度均匀性不佳的问题，改善了电池生产一致性和电化学性能，对整个锂电产业链设备智能化升级有重要指导意义。

     （四）实现经营数字化，提升透明度与精细度

      在企业经营数字化方面，以某链上企业经营管理数字化实践为例。该企业将 ERP 系统作为核心引擎，深度优化了订单与交付的协同机制，并构建了涵盖集团主数据管理、采购优化、精益生产、智能库存及财务一体化的统一平台，推进了业财标准化流程，实现了企业运营各环节的紧密集成与高效运转。该企业进一步对资产全生命周期管理进行数字化改造，从预算规划到采购执行、合同管理、发票与付款处理，直至资产转固与折旧，每一环节均实现可控、可管、可视，显著提升了资产管理的透明度和精细化水平。在此基础上，企业运用 BI 技术，不仅构建了基于制造指标的分层透视管理体系，实现了运营数据的无纸化、可视化与实时化，极大提升了管理决策效率，还通过深度挖掘各业务系统数据，开发了集团至工厂级的三级资产投资分析看板，为战略决策提供了坚实的数据支撑。最后，企业打造了集成化的应用门户，实现了多角色用户的统一业务入口，进一步促进了信息的无缝流通与团队协作。

     （五）深化供应链协同管理，实现精准供需匹配

      随着全球产业链的深度融合，锂电行业的数字化转型也体现在供应链的协同管理上。以某链上企业供应链数字化实践为例，该企业通过建立基于云平台的供应链管理系统，实时追踪原材料采购、物流配送、库存状态等信息，实现供需精准匹配，有效降低库存成本，增强供应链韧性。同时，区块链技术的引入为锂电材料的溯源提供了可信、透明的解决方案，有助于提升产品安全性，满足消费者对绿色、可持续消费的需求。

     （六）技术融合为变革驱动，重塑锂电行业服务生态

      数字孪生、大数据与人工智能技术的深度融合与创新应用，不仅为传统运营模式带来了前所未有的挑战与机遇，更为锂电行业运维服务开启了新纪元。以某锂电池厂商售后服务层面智联车载电池包大数据远程监控预警平台为例，该厂商推出了基于数字孪生技术的智联电池网管理平台。该款平台具有响应速度快、泛化能力强和模型模块化的特点。其中，不同机理模型对不同体系电池、不同尺度（单体 / 模组/ 整包）电池、不同工况（循环工况老化、自定义工况、实车工况等）下运行电池均具有精确建模和快速求解能力，最终在提高电池状态估计、故障诊断、热失控预测等性能方面，为新能源汽车制造商和运营商提供了有效的电池管理和维护解决方案。这一平台的推出不仅对新能源汽车行业具有重要意义，也为整个产业链的健康发展提供了有力支撑。

      三、数字化转型场景图谱构建驱动锂电产业链结构升级与价值重构

      制造业数字化转型需要以需求牵引、场景切入、行业赋能、安全可控为原则和出发点，明确企业转型重点和策略，聚焦场景转型痛点难点，以场景转型“小切口”把握整体转型“大方向”，以场景转型之“和”形成企业整体转型之“解”，分类识别重点产业链头部企业在研发设计、生产制造、运维服务、供应链管理、经营管理等业务活动的典型数字化场景，逐场景剖析产业链数字化转型发展现状，解构分析转型相关数字化要素和痛点问题，理清反映产业链发展现状的场景链，进而构建产业链数字化转型的场景图谱。

      锂电产业链数字化转型是一场基于前沿数字化技术与生态的深刻变革，深度融合了工业互联网、大数据、AI 等尖端信息技术。而数字化转型场景图谱的构建是对锂电这一垂直领域的产业链及内部价值链进行全方位的重塑与革新。这不仅是数字化场景的简单堆砌，而是对全链路（图 2）运营模式进行深度解构与重构。通过业务流程与场景数据的无缝聚合、精准梳理与高效应用，带动产业链上企业协同开展数字化转型，从而打通上下游数据链路，完成数据资源的融合，实现供应链管理的智能化升级与锂电产品全生命周期的监控与溯源，加速锂电池材料端、电池端、客户端和回收端的全链路碳排放的碳达峰碳中和，推动锂电产业迈向全球价值链的高端，从而解决产业链上下游企业在研发到售后服务中的发展瓶颈。

      锂电产业链数字化转型场景图谱的构建从12 个关键环节、40 个典型场景业务场景出发，横向展示了产业链锂盐原材料开采、电芯四大主材生产、锂电池电芯制造、锂电池 PACK 制造、储能和车载电池服务关键环节的数字化协同水平，纵向体现了各环节内研发设计、生产制造、运维服务、经营管理、供应链管理五方面业务的数字化集成程度，实现了多场景数字化现状、需求和痛点组合分析，如图 3 所示。

      （一）消除锂电产业链上下游的“信息壁垒”，实现供应链协同管理

      基于图谱构建，纵向促进供应链体系不断延伸，横向构建产供销全方位多层次、立体化的供应链集成网络，及时、准确地捕获产业链上下游链路中从原材料采购、产品研发、生产制造到售后服务每一个环节的关键信息，实现供应链的全面可视化，实时监控和管理各个环节的信息流和物流；实现供需协同，消除锂电产业链上下游的信息壁垒，形成精准采购、按需生产和高效配送的高效体系，对供应链上下游的物流、信息流和资金流进行整合和优化，持续增强供应链灵活性和精确性；实现供应链的网络化和多元化，从海量的数据提炼出有价值的知识，精准把握全球及行业内的最新技术趋势，预测未来可能的技术走向，更快速地响应市场需求变化，持续推动产品创新与工艺优化，实现快速定制和柔性生产，从而在激烈的市场竞争中保持技术领先优势。

     （二）打通锂电产业链堵点，实现锂电全生命周期管理

      沿锂电产业链构建系统化场景图谱，推动传统产业链升级为数字化产业链，实现场景“串珠成链”，逐场景剖析产业链数字化转型发展现状，解构分析转型相关数字化要素和痛点问题。

      其中，智能感知是构建数字化转型图谱的基石，其核心价值在于促进数据的无缝互通与深度整合。广泛应用物联网技术，全程追踪并记录锂电产业链中每一环节的物料、投入产出、工艺参数、设备参数及环境参数的各项关键数据，有效疏通产业链中的“信息孤岛”与流通障碍，将原本孤立、零散的数据资源实现高效汇聚与利用，构建一个信息流通无阻、协同效应倍增的数字化生态系统。通过系统对原材料供应稳定性、生产效率、产品质量、市场需求等关键指标的关联分析，将“人机料法环”各要素高度融合，促进产业链上下游企业从研发到售后服务的全链条数据融通，实现锂电池全生命周期管理。

    （三）驱动锂电链上企业提质降本增效，助推锂电产业迈向全球价值链高端

      发达国家纷纷围绕本土产业链高端化发展加强前瞻性布局，力争抢占全球产业链竞争新优势。数字化转型图谱对企业向高端化拓展有着重要意义。具体来说，图谱能够为企业各环节降本增效提供参考。在研发设计阶段，借助大数据分析与仿真模拟技术，快速响应市场变化，缩短新品研发周期，提升产品性能与市场适应性；在生产制造阶段，通过物联网、人工智能等先进技术的应用，实现生产线的自动化、柔性化运作，大幅提高生产效率，降低人工误差，以数字化手段实现对产品质量的全程监控与追溯管理，借助先进的传感器技术与智能算法，在每个生产节点实时监测关键工艺参数，及时发现并预警潜在的质量问题，确保产品的性能稳定与一致性。图谱通过拉平链上企业对各环节运营数据深度挖掘与精细化管理的认识，驱动企业持续优化工艺流程，加速链上企业提质、降本、增效进程，助推我国锂电产业在全球价值链中实现高端跃升。

     （四）促进能源技术革新，加速锂电产业链“双碳”目标

      通过梳理图谱的数字化要素，为企业数字化转型指明方向，促进能源技术革新，加速锂电产业链实现“双碳”目标。例如，利用电池结构仿真、材料仿真等数字技术，不仅减少了研发过程中的试错率，提高了研发效率与产品可靠性，还推动了更高效、环保的锂电产品的开发，从而直接提升了能源效率、减少了污染排放。同时，数字技术集成了产业链上下游海量信息，增强了产业链上下游的协同处置能力，促进了工业向低碳、清洁、高效方向的转型，显著提高了资源循环利用效率。此外，依托数字化手段记录全供应链的碳足迹信息，为节能减排措施的成本效益分析提供了科学依据，有助于决策者科学决策，推动节能减排工作的深入实施，促进电池行业全生命周期管理的数字化管理工具的研发与应用，为锂电产业链加速达成碳达峰碳中和目标提供强大助力。

     四、推进锂电产业链数字化转型的对策建议

     （一）强化“链主”企业数字领航力

      锂电产业链数字化转型整体发展不均衡，行业间存在一定差距，亟须强化“链主”企业的数字化赋能作用，以之为核心引擎，引领全产业链上下游的智能化升级。当前，虽中下游头部企业已率先迈向高度数字化，但受限于成本高、周期长、技术复杂等瓶颈，上游锂盐原材料产业与众多中小企业的数字化步伐仍显滞后。因此，构建以“链主”企业为主导的数字化推进体系势在必行，需要加大数字技术研发力度，孵化多样化应用场景，树立转型标杆，进而将“链主”企业培育为大型数字化服务提供者，充分发挥其强大的辐射效应与规模效应，这样不仅能够破解“不敢转”“不会转”的难题，更为锂电产业构筑起高效协同、创新驱动的数字化生态体系，引领行业迈向高质量发展新纪元。

     （二）深化数字技术革新和应用

      锂电产业链数字化转型正处于关键跃升期，其深度应用潜力巨大，亟待精准施策以激发全面变革。在制造领域，面对锂电生产流程中流程制造与离散制造的交织特性以及从合浆到制片的连续流程与组装后离散作业的复杂转换，需要加速数字技术革新步伐，深入挖掘数据内在价值。通过提升制造过程数据的精准度与可信度，优化物理与化学反应的精细调控，旨在缩短制造周期，降低能耗与成本，从而突破传统制造瓶颈，实现效率和效益的飞跃式提升。

      同时，聚焦于动力电池安全、续航与寿命的核心议题，应深度融合大数据智能算法与数字孪生技术，构建高度智能化的模型体系。这一体系需实现预警机制的提前化、应用流程的闭环化，通过微观演化模拟与安全性能评价，精准反馈至物理实体的管理策略优化中。电池物理实体与数字虚拟模型的紧密协同，将极大提升电池状态估计的精度、故障诊断的敏锐度以及热失控预测的可靠性，为动力电池性能的全面升级奠定坚实基础。

     （三）补短板和夯实基础

      锂电数字产业链应重点关注数字化底层基础建设，一是加大在智能传感器、可编程逻辑控制器、工业软件、数据采集与监控系统等关键技术领域的研发投入，推动技术创新，提升产业链的竞争力；二是推动工业技术软件化工程，包括工业云操作系统、工业大数据建模分析等核心技术的研发和产业化；三是夯实网络基础，推进工厂内网的 IP 化、无线化、扁平化、柔性化技术改造和建设部署，加快新型网络技术的研究和部署试点；四是构建信息安全保障体系，强化设备、网络、控制、应用和数据的安全保障能力，全方位保护工业生产系统和商业系统。

     五、结论

     随着锂电产业链布局不断完善，数字化转型已成为产业链升级的重要手段。未来，需要不断深化研究和探索，积极应对挑战，以数字技术打通研产供销服业务链、以数字转型图谱模式深化产业链协同，实现锂电产业链向高端化、智能化、绿色化方向迈进。