2025-2035年先进锂离子电池：技术、参与者、市场、预测

预计到2035年，仅锂离子电池单元的全球市场价值将超过4000亿美元，主要由对电动汽车和车辆的需求推动。为了确保电动汽车的广泛部署以及延长电子设备和工具的运行时间和功能，需要改进电池性能和降低成本，这导致了下一代锂离子技术研发的激烈竞争。本报告提供了对先进和下一代锂离子电池单元材料及设计的深入分析、趋势和发展，包括硅负极、锂金属负极、正极材料（如LMFP、富锂锰基、硫）和合成创新，以及对固态电池发展的介绍，以及其他研发领域。详细介绍了每个技术领域的关键参与者和初创公司，并提供了硅、锂金属和正极材料份额的可寻址市场和预测。

锂离子需求预测。来源：IDTechEx.

历史上，锂离子电池主要由消费电子设备的需求推动，而电动汽车和固定储能市场变得越来越重要。尽管固定储能市场有许多电池和能源存储选项可供选择，但电子和便携式设备以及电动汽车和车辆的高能量密度要求确保了锂离子电池将保持主导电池化学地位。然而，人们仍在寻求改进。对于消费和便携式设备，需要更长的运行时间和更快的充电能力，以跟上计算能力的提高，并在人工智能服务和设备日益普及的情况下提供更大的功能。对于潜在的有利可图的电动汽车市场，更长的续航里程、更短的充电时间和当然更低的成本和价格仍然是广泛采用的关键。电动汽车市场是许多电池技术开发的主要目标，提供了一个机会，预计到2030年，电池需求将增长超过2600吉瓦时，尽管市场存在短期不确定性。当然，先进和下一代锂离子技术的开发对于各个行业以及旨在在市场中取得成功或保持其市场地位的电池公司至关重要。

锂基电池化学设计示意图。来源：IDTechEx.

负极新的负极材料提供了显著提高电池性能的机会，特别是能量密度和快速充电能力。锂离子电池的两个最令人兴奋的材料发展是硅负极和锂金属负极的开发和采用，后者通常但不总是与固态电解质一起使用。兴奋主要源于这些负极材料有可能显著提高能量密度，其中与当前最先进的锂离子电池相比，提高高达50%是可行的。硅负极开发商特别强调了对速率能力、安全性、环境概况甚至成本的改进。然而，从使用二氧化硅作为添加剂转向更高的重量百分比，以及使用锂金属负极，给电池的循环寿命和寿命带来了严重问题，这延迟并限制了迄今为止的商业采用。

本报告涵盖了正在开发的解决方案，并涵盖了开始商业化其高能量负极材料和设计的各种公司。该报告还涵盖了基于金属氧化物的高倍率负极材料，如锂钛氧化物和铌氧化物。正极虽然新的正极材料预计将胜过现有产品和直接竞争对手，但它们不太可能显著推动锂离子电池的性能。相反，正极开发可以帮助优化和最小化在部署一种化学物质而不是另一种化学物质时固有的权衡。材料成本和供应链问题也在下一代正极材料的开发中发挥着关键作用。例如，公司继续推动NMC正极中的镍含量，以最大化性能并减少对钴的依赖，LMFP正极提供了比LFP更高的能量密度，同时保持了类似的成本概况，而富锂锰基正极可以提供与NMC材料相似的能量密度，同时减少钴和镍的含量。开发替代方法以生产正极活性材料，以减少废物产生、排放和重要的是成本，也在进行中。

IDTechEx的报告评估了各种下一代锂离子正极材料，突出了它们各自的优缺点以及它们为特定应用和市场提供或可能提供的价值主张。锂硫锂硫电池与传统锂离子技术有更大的不同，其中插层正极被转换型硫所取代，负极通常由锂金属组成。硫和锂的高容量和低密度意味着开发锂硫电池的公司已经展示了高达450瓦时/公斤的比能量密度——比最先进的锂离子电池高出约50%。用低成本且广泛可用的硫替代镍和钴等材料，也提供了成本和供应链的好处。

然而，电池设计细节和制造规模对于实现这些成本好处至关重要，而锂硫电池通常存在循环寿命差和速率能力差的问题，突出了在商业化之前需要克服的一系列挑战。电池单元和电池设计电池单元和电池组设计的发展在持续的性能提升中也可以发挥同样重要的作用。在电池单元级别，电极结构、集流体设计、电解液添加剂和配方以及碳纳米管等添加剂的使用将继续在各种应用中最大化锂离子性能。在电池组级别，电池到电池组的设计越来越受到电动汽车制造商的青睐，作为一种优化能量密度的手段，比亚迪、宁德时代和特斯拉等公司正在开发这种设计。更创新的电池管理系统和分析也代表了电池改进的关键途径之一，提供了一种为数不多的方法，可以同时提高性能特性，包括能量密度、速率能力、寿命和安全性——这是一项臭名昭著的难以实现的壮举。

商业化目前的锂离子材料加工和电池单元制造主要由亚洲和中国主导。尽管美国和欧洲现在特别希望发展和培育自己的电池供应链，但一种捕获和国内化价值的途径可能是引领创新和下一代技术开发。在这方面，美国和欧洲表现略好。从地理分布来看初创公司，作为创新的代理，美国在下一代技术方面处于领先地位。欧洲也是不断增长的电池行业和初创公司景观的所在地，尽管需要指出的是，鉴于主要电池制造商和材料公司的更强存在，亚洲的发展可能被低估了。该报告附有公司概况的选择，涵盖公司在电池技术和创新各个领域的参与情况。

电池初创公司的地理分布。来源：IDTechEx

IDTechEx的报告评估了正在开发和商业化的各种下一代锂离子技术。本报告涵盖了先进和下一代锂离子电池的许多关键技术进步，包括硅和锂金属负极、富锰正极、超高镍NMC、LMFP、锂硫电池以及优化的电池和电池设计。详细介绍了每个技术领域的关键参与者和初创公司，并提供了下一代负极和正极材料的可寻址市场和预测。关键方面本报告提供以下信息：

• 锂离子电池技术介绍。

• 对先进和下一代锂离子技术的分析、讨论和评估，包括：硅负极、锂金属负极、锂钛酸盐和铌酸盐、高锰正极、超高镍NMC正极、LMFP正极、替代正极材料生产路线。

• 覆盖负极、正极和其他电池开发（例如碳纳米管、电解液、电极和电池结构、BMS）的参与者。

• 对下一代锂离子技术开发的资金投入、活动和商业化的分析。

• 对市场和应用、电池需求预测、负极和正极拆分的预测的讨论。