《锂离子电池技术目前及未来的挑战者》
2016-11-07 20:19:00   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

锂离子技术是一种通用电池技术。各种锂离子化合物的参数能够很好地满足大部分客户的各种应用要求,如便携式电子产品、电动和混合动力汽车以及固定式电池能量存储等。主要受电动车应用的推动,市场对锂离子电池的需求一直在增长。

BEYOND LI-ION BATTERIES PRESENT AND FUTURE LI-ION TECHNOLOGY CHALLENGERS

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什么电池技术能够超越锂离子电池,并将产生哪些应用?

好消息:市场对电池的需求显著增长。锂离子电池技术挑战者的滩头阵地在哪里?

锂离子技术是一种通用电池技术。各种锂离子化合物的参数能够很好地满足大部分客户的各种应用要求,如便携式电子产品、电动和混合动力汽车以及固定式电池能量存储等。主要受电动车应用的推动,市场对锂离子电池的需求一直在增长,到2025年,预计锂离子电池的市场规模将达880亿美元。

锂离子电池技术挑战者的市场规模预测

锂离子电池技术挑战者的市场规模预测

本报告聚焦于“锂离子电池技术的挑战者”,比如具有潜在能力“挑战”锂离子电池的性能、成本等方面的技术。到目前为止,已经出现了大量不同的电池技术,有些还处于研发阶段,有些已经实现了商业化量产。本报告详细分析了以下技术:钠硫电池技术(NAS)、锂硫电池技术(Li-S)、钠离子技术(Na-ion)、镁离子技术(Mgion)、锂空气电池技术(Li-air)、锌空气电池技术(zinc-air)、液流电池以及锂离子电容器(LIC)。2015年,这些技术的能量存储市场规模达到了1.21亿美元。根据Yole的预测,锂离子技术挑战者的市场规模到2025年将达到3.57亿美元,这期间的复合年增长率为11.4%。

锂离子电池的弱点

锂离子电池的弱点

目前锂离子电池的挑战技术的主要需求来自公共事业级的固定式电池能量存储。新兴的电池技术将首先在具有特殊要求的利基市场领域找到应用,亦即能量密度和安全性:无人驾驶汽车以及国防等领域。

未来锂离子电池的挑战技术(比如目前还处于研发阶段的技术)必须克服艰巨的技术挑战,才能获得比锂离子电池更好的性能和成本优势。短期内,硫锂技术被认为是能够为广泛的商业应用达到足够技术成熟度的最佳候选技术。

2015~2025年,锂离子电池技术挑战者的市场规模预测

2015~2025年,锂离子电池技术挑战者的市场规模预测

新电池技术通过优化的公司策略和商业模式进入市场

锂离子电池的供应链已经相当稳固。三家全球领导厂商(松下、LG化学和三星)通过建设新的生产厂,并与电动车及混合动力汽车生产厂商建立新的供应合作关系,不断巩固它们的市场地位。为了打入已经成熟的锂离子电池产业,锂离子电池技术挑战者们需要采用不同的市场策略。最稳妥的方法是使公司专注于一种能够应用于多种不同电池化合物的特定技术(比如锂金属电极的稳定化)。

新技术上市时间的影响因素

新技术上市时间的影响因素

Oxis Energy公司初期主要专注于高能量密度优先的利基市场(无人驾驶汽车、国防应用等)。目的是为进一步开发其硫锂电池技术获取足够的现金流,并获得能够满足其它应用的完整产品生命周期。EnSync Energy Systems(前身为ZBB Energy)公司已经从过去的液流电池供应商,转变为一家微网格解决方案供应商。其它厂商则专注于和公共事业公司建立合作,作为一种开发示范项目、增加曝光度的方法,同时也在大规模产能开发前赚取客户信任。

大多数开发未来电池技术的厂商都不打算独立制造电池(风险太大),它们大多寻求一家感兴趣的大公司建立合作或者进行技术授权。

由于受到新技术挑战,大型锂离子电池厂商的市场地位可能会受到来自电动及混动汽车产业新入局者的影响。事实上,汽车OEM厂商(比如丰田等)和一级供应商(比如博世等)都非常重视新型电池技术。

硫锂电池厂商及其合作关系概览

硫锂电池厂商及其合作关系概览

机遇:对高能量密度、安全性及低成本的不断追求

那么,锂离子技术挑战者们能够击败锂离子技术的市场甜区在哪里?本报告深入分析了不同锂离子电池的各种参数,分析得出了三个最重要的参数:能量密度、成本和安全性。锂空气电池和硫锂电池因其更高的能量密度(瓦时/公斤)处于最有利的位置,同时镁离子技术、钠离子技术、锌空气电池技术和液流电池技术则具有更高的安全性和更低的成本。

锂离子电池技术挑战者们的竞争位图分析

锂离子电池技术挑战者们的竞争位图分析

短期内,硫锂技术在商业电池领域能达到300Wh/kg的高能量密度,处于最佳的竞争位置。这对一些利基应用是特别关键的,如便携式电子产品和电动运输工具(主要为电动汽车)等应用。锂空气电池由于采用了不同的能量存储技术原理,因而有潜力获得更高的能量密度。不过,其面临的氧分离和电池设计的技术挑战更为艰巨。

电池的安全性非常重要,之前发生的笔记本电脑中的索尼电池燃烧事件,以及最近报道的三星NOTE7爆炸事件都证明了电池安全的重要性。因此,锂离子电池的改善以及新型安全电池技术的研究是重点方向。

目前新兴电池技术的高成本,不代表未来大规模自动化量产后的成本。但是,目前开发的工艺和电池设计,与未来工业自动化生产的兼容性验证非常关键。而且,在某些利基市场,如果电池能够提供更高的性能和安全性,更高的价格也是能够被接受的。

本报告涉及的部分公司:

Amprius, Aquion Energy, Arkema, Asahi Kasei, ATL, Bosch, BYD, CALB, CEA, Dyson, Electrovaya, EnerVault, EnSync Energy Systems, EOS, Faradion, FDK, Fraunhofer IWS, Fluidic Energy, GE Energy,Gildemeister, GS Yuasa, Hitachi, IBM, JM Energy, JSR Micro, Kokam, Leclanché, LG Chem, Imergy, Lishen, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Mitsubishi Electric, NEC Corporation, NEI Corporation, NGK Insulators, NOMS Technologies, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Oxis Energy, Panasonic, Planar Energy, Pellion Technology, Phinergy, PolyPlus, Primus Power, RedFlow, Rongke Power, Saft, Sakti3, Samsung SDI, Schneider Electric, SEEO, Sion Power, SK Innovation, Socomec, Sonnen, Solid Power, SONY, Sumitomo Electric, Taiyo Yuden,Tesla, Toshiba, Total, Tokyo University of Science, Toyota, UET, VIONX Energy, ViZn Energy, Wanxiang, Yunasko, ZAF Energy Systems等

报告目录:

Executive summary

Advanced battery applications
> Portable electronics
> Electric mobility
> Stationary battery energy storage

Lithium-ion battery market
> Li-ion battery cell costs
> 2015 - 2025 lithium-ion battery market for portable electronics, e-mobility, stationary storage and battery market (GWh/y)

Li-ion battery technologies
> Key messages
> Battery cell components and materials used
> Why focus on Li-ion batteries?
> Characteristics of today’s main battery technologies
> Li-ion battery vs. other battery types
> Li-ion battery chemistries
> Energy density of different Li-ion battery chemistries
> Which Li-ion battery type for which application?
> C-rate: energy cell vs. power cell
> Lithium polymer battery
> Battery cell formats: cylindrical, prismatic, and pouch
> 20700 cylindrical cell format
> From battery cell to battery system
> Battery cell vs. battery module vs. battery pack
> Battery pack vs. battery system
> How ancillary components impact battery pack characteristics
> What is the ideal approach today: a new cell or better ancillary devices?
> Battery pack - a multicomponent, multidisciplinary system
> Why is battery development driven by EV/HEV?
> Battery sizes and applications
> Li-ion battery history
> Li-ion battery technology maturity for main applications

Analysis of the main factors for Li-ion battery challengers
> Where is the “sweet spot” for new battery technologies?
> What are the limitations/weak points of Li-ion batteries?
> How can advanced batteries compete with lithium-ion technologies?
> Main factors for Li-ion battery challengers
> LIB incidents can result in severe human and financial consequences
> How to make batteries safer?
> Lower dependence on scarce material

Comparative analysis of present and future Li-ion challengers
> 2015-2025 market for Li-ion technology challengers (MWh and $M)

Li-ion battery supply chain

Focus on solid-state batteries
> Solid-state battery principle and battery structure
> Solid-state battery: bulk battery vs. microbattery
> Why solid-state battery?
> Challenges of solid-state batteries
> Toyota EV/HEV battery development roadmap - solidstate battery
> Solid-state battery actors

Present Li-ion battery challengers
> Sodium-sulfur battery principle
> Advantages and drawbacks of sodium-sulfur batteries
> Sodium-sulfur battery applications
> Sodium-sulfur battery companies
> NAS battery market potential

Flow batteries
> Flow battery principle
> Classification of flow batteries
> Advantages and drawbacks of flow batteries
> Flow battery applications
> Flow battery products - energy capacity vs. power capacity
> Flow battery players
> Flow battery market potential

Aqueous Sodium-ion battery
> Sodium-ion battery types
> Advantages and drawbacks of aqueous sodium-ion batteries
> Example of an aqueous sodium-ion battery - Aquion > Energy’s battery
> Applications for aqueous sodium-ion batteries
> Aqueous sodium-ion battery players

Zinc-air battery
> Zinc-air battery principle
> Advantages and drawbacks of zinc-air batteries
> Zinc hybrid cathode battery from EOS Energy, and Zinc-air battery from Fluidic Energy
> Commercial batteries from EOS Energy, and their pricing
> Zinc-air battery players

Lithium-ion capacitor
> Lithium-ion capacitor principle
> Why lithium-ion capacitor?
> Main challenges for lithium-ion capacitor
> Comparison of electric double-layer capacitor, Li-ion capacitor, and Li-ion battery

Future Li-ion challengers

Lithium-sulfur battery
> Lithium-sulfur battery principle
> Why lithium-sulfur batteries?
> Main challenges for lithium-sulfur batteries
> Lithium-sulfur battery applications
> Overview of lithium-sulfur battery players
> Li-S battery - market potential

Organic-electrolyte sodium-ion battery
> Sodium-ion battery types
> Advantages and drawbacks of organic-electrolyte sodium-ion batteries
> Organic-electrolyte sodium-ion battery cell format

Magnesium battery
> Magnesium battery principle and characteristics
> Advantages and drawbacks of magnesium batteries
> Magnesium battery electrolyte and cathode challenges
> Magnesium battery applications
> What is the real potential of magnesium batteries?
> Magnesium battery players and their relationships

Lithium-air battery
> Lithium-air battery principle
> Why lithium-air batteries?
> Main challenges of lithium-air batteries
> Lithium-air battery players
> Lithium-air battery applications

Conclusion

Appendix - Company profiles

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