2025-2035年先進鋰離子電池：技術(shù)、參與者、市場、預測

預計到2035年，僅鋰離子電池單元的全球市場價值將超過4000億美元，主要由對電動汽車和車輛的需求推動。為了確保電動汽車的廣泛部署以及延長電子設(shè)備和工具的運行時間和功能，需要改進電池性能和降低成本，這導致了下一代鋰離子技術(shù)研發(fā)的激烈競爭。本報告提供了對先進和下一代鋰離子電池單元材料及設(shè)計的深入分析、趨勢和發(fā)展，包括硅負極、鋰金屬負極、正極材料（如LMFP、富鋰錳基、硫）和合成創(chuàng)新，以及對固態(tài)電池發(fā)展的介紹，以及其他研發(fā)領(lǐng)域。詳細介紹了每個技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵參與者和初創(chuàng)公司，并提供了硅、鋰金屬和正極材料份額的可尋址市場和預測。

鋰離子需求預測。來源：IDTechEx.

歷史上，鋰離子電池主要由消費電子設(shè)備的需求推動，而電動汽車和固定儲能市場變得越來越重要。盡管固定儲能市場有許多電池和能源存儲選項可供選擇，但電子和便攜式設(shè)備以及電動汽車和車輛的高能量密度要求確保了鋰離子電池將保持主導電池化學地位。然而，人們?nèi)栽趯で蟾倪M。對于消費和便攜式設(shè)備，需要更長的運行時間和更快的充電能力，以跟上計算能力的提高，并在人工智能服務(wù)和設(shè)備日益普及的情況下提供更大的功能。對于潛在的有利可圖的電動汽車市場，更長的續(xù)航里程、更短的充電時間和當然更低的成本和價格仍然是廣泛采用的關(guān)鍵。電動汽車市場是許多電池技術(shù)開發(fā)的主要目標，提供了一個機會，預計到2030年，電池需求將增長超過2600吉瓦時，盡管市場存在短期不確定性。當然，先進和下一代鋰離子技術(shù)的開發(fā)對于各個行業(yè)以及旨在在市場中取得成功或保持其市場地位的電池公司至關(guān)重要。

鋰基電池化學設(shè)計示意圖。來源：IDTechEx.

負極新的負極材料提供了顯著提高電池性能的機會，特別是能量密度和快速充電能力。鋰離子電池的兩個最令人興奮的材料發(fā)展是硅負極和鋰金屬負極的開發(fā)和采用，后者通常但不總是與固態(tài)電解質(zhì)一起使用。興奮主要源于這些負極材料有可能顯著提高能量密度，其中與當前最先進的鋰離子電池相比，提高高達50%是可行的。硅負極開發(fā)商特別強調(diào)了對速率能力、安全性、環(huán)境概況甚至成本的改進。然而，從使用二氧化硅作為添加劑轉(zhuǎn)向更高的重量百分比，以及使用鋰金屬負極，給電池的循環(huán)壽命和壽命帶來了嚴重問題，這延遲并限制了迄今為止的商業(yè)采用。

本報告涵蓋了正在開發(fā)的解決方案，并涵蓋了開始商業(yè)化其高能量負極材料和設(shè)計的各種公司。該報告還涵蓋了基于金屬氧化物的高倍率負極材料，如鋰鈦氧化物和鈮氧化物。正極雖然新的正極材料預計將勝過現(xiàn)有產(chǎn)品和直接競爭對手，但它們不太可能顯著推動鋰離子電池的性能。相反，正極開發(fā)可以幫助優(yōu)化和最小化在部署一種化學物質(zhì)而不是另一種化學物質(zhì)時固有的權(quán)衡。材料成本和供應(yīng)鏈問題也在下一代正極材料的開發(fā)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如，公司繼續(xù)推動NMC正極中的鎳含量，以最大化性能并減少對鈷的依賴，LMFP正極提供了比LFP更高的能量密度，同時保持了類似的成本概況，而富鋰錳基正極可以提供與NMC材料相似的能量密度，同時減少鈷和鎳的含量。開發(fā)替代方法以生產(chǎn)正極活性材料，以減少廢物產(chǎn)生、排放和重要的是成本，也在進行中。

IDTechEx的報告評估了各種下一代鋰離子正極材料，突出了它們各自的優(yōu)缺點以及它們?yōu)樘囟☉?yīng)用和市場提供或可能提供的價值主張。鋰硫鋰硫電池與傳統(tǒng)鋰離子技術(shù)有更大的不同，其中插層正極被轉(zhuǎn)換型硫所取代，負極通常由鋰金屬組成。硫和鋰的高容量和低密度意味著開發(fā)鋰硫電池的公司已經(jīng)展示了高達450瓦時/公斤的比能量密度——比最先進的鋰離子電池高出約50%。用低成本且廣泛可用的硫替代鎳和鈷等材料，也提供了成本和供應(yīng)鏈的好處。

然而，電池設(shè)計細節(jié)和制造規(guī)模對于實現(xiàn)這些成本好處至關(guān)重要，而鋰硫電池通常存在循環(huán)壽命差和速率能力差的問題，突出了在商業(yè)化之前需要克服的一系列挑戰(zhàn)。電池單元和電池設(shè)計電池單元和電池組設(shè)計的發(fā)展在持續(xù)的性能提升中也可以發(fā)揮同樣重要的作用。在電池單元級別，電極結(jié)構(gòu)、集流體設(shè)計、電解液添加劑和配方以及碳納米管等添加劑的使用將繼續(xù)在各種應(yīng)用中最大化鋰離子性能。在電池組級別，電池到電池組的設(shè)計越來越受到電動汽車制造商的青睞，作為一種優(yōu)化能量密度的手段，比亞迪、寧德時代和特斯拉等公司正在開發(fā)這種設(shè)計。更創(chuàng)新的電池管理系統(tǒng)和分析也代表了電池改進的關(guān)鍵途徑之一，提供了一種為數(shù)不多的方法，可以同時提高性能特性，包括能量密度、速率能力、壽命和安全性——這是一項臭名昭著的難以實現(xiàn)的壯舉。

商業(yè)化目前的鋰離子材料加工和電池單元制造主要由亞洲和中國主導。盡管美國和歐洲現(xiàn)在特別希望發(fā)展和培育自己的電池供應(yīng)鏈，但一種捕獲和國內(nèi)化價值的途徑可能是引領(lǐng)創(chuàng)新和下一代技術(shù)開發(fā)。在這方面，美國和歐洲表現(xiàn)略好。從地理分布來看初創(chuàng)公司，作為創(chuàng)新的代理，美國在下一代技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。歐洲也是不斷增長的電池行業(yè)和初創(chuàng)公司景觀的所在地，盡管需要指出的是，鑒于主要電池制造商和材料公司的更強存在，亞洲的發(fā)展可能被低估了。該報告附有公司概況的選擇，涵蓋公司在電池技術(shù)和創(chuàng)新各個領(lǐng)域的參與情況。

電池初創(chuàng)公司的地理分布。來源：IDTechEx

IDTechEx的報告評估了正在開發(fā)和商業(yè)化的各種下一代鋰離子技術(shù)。本報告涵蓋了先進和下一代鋰離子電池的許多關(guān)鍵技術(shù)進步，包括硅和鋰金屬負極、富錳正極、超高鎳NMC、LMFP、鋰硫電池以及優(yōu)化的電池和電池設(shè)計。詳細介紹了每個技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵參與者和初創(chuàng)公司，并提供了下一代負極和正極材料的可尋址市場和預測。關(guān)鍵方面本報告提供以下信息：

• 鋰離子電池技術(shù)介紹。

• 對先進和下一代鋰離子技術(shù)的分析、討論和評估，包括：硅負極、鋰金屬負極、鋰鈦酸鹽和鈮酸鹽、高錳正極、超高鎳NMC正極、LMFP正極、替代正極材料生產(chǎn)路線。

• 覆蓋負極、正極和其他電池開發(fā)（例如碳納米管、電解液、電極和電池結(jié)構(gòu)、BMS）的參與者。

• 對下一代鋰離子技術(shù)開發(fā)的資金投入、活動和商業(yè)化的分析。

• 對市場和應(yīng)用、電池需求預測、負極和正極拆分的預測的討論。