Advanced Li-ion Batteries 2025

預計到2035年，主要受到來自電動汽車市場的需求驅動，僅鋰離子電池電芯的全球市場規模就將超過4000億美元。為確保電動汽車的廣泛應用，延長電子設備和工具的運行時間和功能，電池的性能和成本都需要進一步提高，助推了下一代鋰離子電池技術開發的激烈競爭。據麥姆斯咨詢介紹，英國知名研究公司IDTechEx在本報告中深入分析了下一代先進鋰離子電池材料和設計的趨勢和發展，包括硅負極、鋰金屬負極、正極材料（例如LMFP、富鋰錳、硫）及合成創新，并介紹了固態電池及其它領域的發展。本報告概述了各技術領域的主要廠商和初創企業的詳細情況，并提供了硅、鋰金屬及正極材料的潛在市場份額和預測。

鋰離子電池需求預測

鋰離子電池市場一直以來主要由消費電子設備的需求所驅動，如今電動汽車和固定儲能市場的重要性與日俱增。雖然固定儲能市場有許多電池和儲能選擇，但電子和便攜設備以及電動汽車對高能量密度的要求，確保了鋰離子電池仍將繼續占據主導地位。但業界一直在尋求改進。對于消費和便攜設備而言，需要更長的續航時間和更快的充電能力，以跟上計算能力的不斷提高，并在人工智能服務和設備的推動下提供更多功能。對于潛在的利潤豐厚的電動汽車市場來說，更長的續航里程、更短的充電時間，當然還有更低的成本和價格，仍然是廣泛采用的關鍵。電動汽車市場是許多電池技術開發的主要目標，盡管市場短期內存在不確定性，但預計到2030年，該市場對電池的需求增長將超過2600 GWh。當然，開發先進的下一代鋰離子電池技術對各行各業都至關重要，對旨在取得成功或保持市場地位的電池公司也是如此。

鋰基電池化學設計示意圖

負極材料

新型負極材料可顯著提高電池性能，尤其是能量密度和快速充電能力方面。鋰離子電池最令人興奮的兩種材料是硅負極和鋰金屬負極的開發和采用，后者通常與固體電解質結合使用。令人興奮的主要原因是這些負極材料可以顯著提高能量密度，與目前最先進的鋰離子電池相比，能量密度可提高50%。硅負極開發商還特別強調了對充電速率、安全性、環境影響甚至成本的改善。然而，從使用硅氧化物作為添加劑到使用更高的重量百分比，以及使用鋰金屬負極，都給電池的循環壽命和使用壽命帶來了挑戰，從而推遲并限制了其商業應用。本報告涵蓋并分析了正在開發的解決方案，以及開始將高能負極材料和設計商業化的相關廠商。報告還介紹了基于鈦酸鋰和鈮氧化物等金屬氧化物的快充負極材料。

硅負極初創公司融資情況分析

正極材料

雖然創新正極材料有望比現有競爭材料有所改進，但它們不太可能大幅提高鋰離子電池的性能。相反，正極開發有助于優化和最小化采用某種化學材料的固有權衡。材料成本和供應鏈問題也對下一代正極材料的開發起著至關重要的作用。例如，各公司不斷提高NMC正極材料中的鎳含量，以最大限度地提高性能并減少對鈷的依賴；LMFP正極材料在保持類似成本的同時，還能提供比LFP更高的能量密度；而富含鋰錳的正極材料在減少鈷和鎳含量的同時，還能提供與NMC材料類似的能量密度。此外，還在開發正極活性材料的替代方法，以減少廢物的產生和排放，更重要的是降低成本。本報告對各種下一代鋰離子正極材料進行了評估，強調了它們各自的優缺點，以及它們為特定應用和市場提供或可能提供的價值主張。

LMFP正極材料成本分析

正極材料對比分析

鋰硫電池

鋰硫電池與傳統鋰離子技術存在更大差異，其插層型正極由轉換型硫取代，負極通常由鋰金屬組成。硫和鋰的高容量和低密度，使開發鋰硫電池的公司已經展示了高達450 Wh/kg的重力能量密度，比目前最先進的鋰離子電池高出約50%。使用低成本且可廣泛獲得的硫來替代鎳和鈷等材料，也有望帶來成本和供應鏈方面的優勢。然而，電池設計的特殊性和制造規模對于實現這些成本效益至關重要，而鋰硫電池通常循環壽命和快充能力較差，凸顯了商業化之前需要克服的一系列挑戰。

電芯和電池組設計

電芯和電池組設計在不斷提高電池性能方面同樣發揮著重要作用。在電芯層面，電極結構、集流體設計、電解液添加劑和配方以及碳納米管等添加劑的使用，將繼續在各種應用中發揮關鍵作用。在電池組層面，作為優化能量密度的一種手段，cell-to-pack設計在電動汽車中越來越受歡迎，比亞迪、寧德時代和特斯拉等公司都在開發這種設計。更具創新性的電池管理系統和分析技術也是電池改進的重要途徑之一，它是少數幾種同時改進能量密度、快充能力、使用壽命和安全性等性能特性的方法之一，而這是眾所周知且難以實現的目標。

商業化

目前，鋰離子材料加工和電芯制造主要由亞洲特別是中國主導。美國和歐洲目前正尋求發展和培育自己的電池供應鏈，但獲取價值并將其本土化的途徑之一就是引領創新和開發新一代技術。在這方面，美國和歐洲略勝一籌。從按地域細分的初創公司來看，作為創新的代表，美國在新一代技術方面處于領先地位。歐洲的電池行業和初創企業也在不斷發展壯大。但需要注意的是，由于亞洲地區主要電池制造商和材料公司的光環較強，該地區潛在的行業發展可能沒有得到充分體現。本報告提供了部分廠商的簡介，介紹了它們在電池技術和各個創新領域的參與情況。

電池初創公司的地理分布

本報告對正在開發和商業化的各種下一代鋰離子電池技術進行了評估。報告涵蓋并分析了下一代先進鋰離子電池的許多關鍵技術進展，包括硅和鋰金屬負極、富錳正極、超高鎳NMC、LMFP、鋰硫電池以及優化的電芯和電池組設計。報告概述了每種技術的主要參與廠商和初創企業的詳細情況，并提供了下一代負極和正極材料的潛在應用市場及預測。