預(yù)計(jì)到2035年，僅鋰離子電池單元的全球市場(chǎng)價(jià)值將超過(guò)4000億美元，主要由對(duì)電動(dòng)汽車和車輛的需求推動(dòng)。為了確保電動(dòng)汽車的廣泛部署以及延長(zhǎng)電子設(shè)備和工具的運(yùn)行時(shí)間和功能，需要改進(jìn)電池性能和降低成本，這導(dǎo)致了下一代鋰離子技術(shù)研發(fā)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。本報(bào)告提供了對(duì)先進(jìn)和下一代鋰離子電池單元材料及設(shè)計(jì)的深入分析、趨勢(shì)和發(fā)展，包括硅負(fù)極、鋰金屬負(fù)極、正極材料（如LMFP、富鋰錳基、硫）和合成創(chuàng)新，以及對(duì)固態(tài)電池發(fā)展的介紹，以及其他研發(fā)領(lǐng)域。詳細(xì)介紹了每個(gè)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(chǎng)和預(yù)測(cè)。

鋰離子需求預(yù)測(cè)。來(lái)源：IDTechEx.

歷史上，鋰離子電池主要由消費(fèi)電子設(shè)備的需求推動(dòng)，而電動(dòng)汽車和固定儲(chǔ)能市場(chǎng)變得越來(lái)越重要。盡管固定儲(chǔ)能市場(chǎng)有許多電池和能源存儲(chǔ)選項(xiàng)可供選擇，但電子和便攜式設(shè)備以及電動(dòng)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(dǎo)電池化學(xué)地位。然而，人們?nèi)栽趯で蟾倪M(jìn)。對(duì)于消費(fèi)和便攜式設(shè)備，需要更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間和更快的充電能力，以跟上計(jì)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(duì)于潛在的有利可圖的電動(dòng)汽車市場(chǎng)，更長(zhǎng)的續(xù)航里程、更短的充電時(shí)間和當(dāng)然更低的成本和價(jià)格仍然是廣泛采用的關(guān)鍵。電動(dòng)汽車市場(chǎng)是許多電池技術(shù)開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo)，提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，預(yù)計(jì)到2030年，電池需求將增長(zhǎng)超過(guò)2600吉瓦時(shí)，盡管市場(chǎng)存在短期不確定性。當(dāng)然，先進(jìn)和下一代鋰離子技術(shù)的開(kāi)發(fā)對(duì)于各個(gè)行業(yè)以及旨在在市場(chǎng)中取得成功或保持其市場(chǎng)地位的電池公司至關(guān)重要。

鋰基電池化學(xué)設(shè)計(jì)示意圖。來(lái)源：IDTechEx.

負(fù)極新的負(fù)極材料提供了顯著提高電池性能的機(jī)會(huì)，特別是能量密度和快速充電能力。鋰離子電池的兩個(gè)最令人興奮的材料發(fā)展是硅負(fù)極和鋰金屬負(fù)極的開(kāi)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(fù)極材料有可能顯著提高能量密度，其中與當(dāng)前最先進(jìn)的鋰離子電池相比，提高高達(dá)50%是可行的。硅負(fù)極開(kāi)發(fā)商特別強(qiáng)調(diào)了對(duì)速率能力、安全性、環(huán)境概況甚至成本的改進(jìn)。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(fù)極，給電池的循環(huán)壽命和壽命帶來(lái)了嚴(yán)重問(wèn)題，這延遲并限制了迄今為止的商業(yè)采用。

本報(bào)告涵蓋了正在開(kāi)發(fā)的解決方案，并涵蓋了開(kāi)始商業(yè)化其高能量負(fù)極材料和設(shè)計(jì)的各種公司。該報(bào)告還涵蓋了基于金屬氧化物的高倍率負(fù)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(yù)計(jì)將勝過(guò)現(xiàn)有產(chǎn)品和直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但它們不太可能顯著推動(dòng)鋰離子電池的性能。相反，正極開(kāi)發(fā)可以幫助優(yōu)化和最小化在部署一種化學(xué)物質(zhì)而不是另一種化學(xué)物質(zhì)時(shí)固有的權(quán)衡。材料成本和供應(yīng)鏈問(wèn)題也在下一代正極材料的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如，公司繼續(xù)推動(dòng)NMC正極中的鎳含量，以最大化性能并減少對(duì)鈷的依賴，LMFP正極提供了比LFP更高的能量密度，同時(shí)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(shí)減少鈷和鎳的含量。開(kāi)發(fā)替代方法以生產(chǎn)正極活性材料，以減少?gòu)U物產(chǎn)生、排放和重要的是成本，也在進(jìn)行中。

IDTechEx的報(bào)告評(píng)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(diǎn)以及它們?yōu)樘囟☉?yīng)用和市場(chǎng)提供或可能提供的價(jià)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(fù)極通常由鋰金屬組成。硫和鋰的高容量和低密度意味著開(kāi)發(fā)鋰硫電池的公司已經(jīng)展示了高達(dá)450瓦時(shí)/公斤的比能量密度——比最先進(jìn)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(jì)細(xì)節(jié)和制造規(guī)模對(duì)于實(shí)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(wèn)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(jì)電池單元和電池組設(shè)計(jì)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(jí)別，電極結(jié)構(gòu)、集流體設(shè)計(jì)、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(jí)別，電池到電池組的設(shè)計(jì)越來(lái)越受到電動(dòng)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(shí)代和特斯拉等公司正在開(kāi)發(fā)這種設(shè)計(jì)。更創(chuàng)新的電池管理系統(tǒng)和分析也代表了電池改進(jìn)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(shí)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(xiàng)臭名昭著的難以實(shí)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(guó)主導(dǎo)。盡管美國(guó)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(guó)內(nèi)化價(jià)值的途徑可能是引領(lǐng)創(chuàng)新和下一代技術(shù)開(kāi)發(fā)。在這方面，美國(guó)和歐洲表現(xiàn)略好。從地理分布來(lái)看初創(chuàng)公司，作為創(chuàng)新的代理，美國(guó)在下一代技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。歐洲也是不斷增長(zhǎng)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(qiáng)存在，亞洲的發(fā)展可能被低估了。該報(bào)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(gè)領(lǐng)域的參與情況。

電池初創(chuàng)公司的地理分布。來(lái)源：IDTechEx

IDTechEx的報(bào)告評(píng)估了正在開(kāi)發(fā)和商業(yè)化的各種下一代鋰離子技術(shù)。本報(bào)告涵蓋了先進(jìn)和下一代鋰離子電池的許多關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步，包括硅和鋰金屬負(fù)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(jì)。詳細(xì)介紹了每個(gè)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(fù)極和正極材料的可尋址市場(chǎng)和預(yù)測(cè)。關(guān)鍵方面本報(bào)告提供以下信息：

• 鋰離子電池技術(shù)介紹。

• 對(duì)先進(jìn)和下一代鋰離子技術(shù)的分析、討論和評(píng)估，包括：硅負(fù)極、鋰金屬負(fù)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(fù)極、正極和其他電池開(kāi)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(duì)下一代鋰離子技術(shù)開(kāi)發(fā)的資金投入、活動(dòng)和商業(yè)化的分析。

• 對(duì)市場(chǎng)和應(yīng)用、電池需求預(yù)測(cè)、負(fù)極和正極拆分的預(yù)測(cè)的討論。