Markt für Festkörperbatterien – globale Branchengröße, Anteil, Trends, Chancen und Prognose 2018–2028. Segmentiert nach Typ (Dünnschicht, tragbar, Massenware), Kapazität (weniger als 20 mAh, zwischen 20 und 500 mAh, 500 mAh und mehr), Anwendung (Unterhaltungs- und tragbare Elektronik, Elektrofahrzeuge, Energiegewinnung, tragbare und medizinische Geräte, andere), Region und Wettbewerb

Der Markt für Festkörperbatterien wird im Prognosezeitraum voraussichtlich ein deutliches Wachstum verzeichnen, da die Nachfrage nach Festkörperbatterien in den Endverbrauchssektoren steigt und die verstärkten F&E-Aktivitäten, die auf die Kommerzialisierung der Batteriekosten abzielen, den Markt im Prognosezeitraum ankurbeln werden. Die zunehmende Verbreitung elektronischer Geräte, der steigende Nutzen von Batterie-Energiespeichersystemen und die zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen sind die Schlüsselfaktoren, die den Markt antreiben.

Festkörperbatterien basieren auf einer Technologie, die feste Elektroden und feste Elektrolyte als Alternative zu flüssigen oder Polymerelektrolyten verwendet, die in Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Batterien zu finden sind. Diese Technologie dient als eine der führenden Alternativen zur herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterietechnologie. Festkörperbatterien werden in der Radiofrequenzidentifikation (RFID), in Herzschrittmachern und tragbaren Geräten eingesetzt. Seine kleineren, leichteren Festkörperbatterien werden voraussichtlich einen Durchbruch für die Elektrofahrzeugbranche darstellen.

Elektroautos und tragbare Technologie erfordern im Vergleich zur aktuellen Lithium-Ionen-Batterietechnologie verbesserte Batterien, da Lithium-Ionen-Batterien empfindlich auf hohe Temperaturen reagieren und Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit der Explosion bei Überladung und Entladung bestehen. Festkörperbatterien haben sich als eine der führenden Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterietechnologie erwiesen, da sie aufgrund des Vorhandenseins eines festen Elektrolyten, der ein Auslaufen verhindert, sicher sind. Darüber hinaus haben sie eine längere Lebensdauer und können für dünnere Geräte verwendet werden.

Mehrere Branchenriesen planen, in Festkörperbatterien zu investieren. Beispielsweise plante Toyota im Jahr 2017, Festkörperbatterien in Elektroautos einzubauen. Darüber hinaus ist die zunehmende Anwendung von Festkörperbatterien in den Bereichen Gesundheitswesen, tragbare Technologie und Drohnen einer der Hauptfaktoren für das Wachstum des globalen Festkörperbatteriemarktes. Darüber hinaus spielt der Anstieg des Bedarfs an Festkörperbatterien in Elektrofahrzeugen eine Schlüsselrolle bei der Beschleunigung des Marktwachstums. Der komplexe Herstellungsprozess und die hohen Kosten von Festkörperbatterien bremsen jedoch das Marktwachstum.

Weltweiter Markt für FestkörperbatterienTreiber und Trends

Steigende Nachfrage nach Schnellladetechnologie für Elektrofahrzeuge

Lithium (Li) ist ein Bestandteil sowohl von Festkörper- als auch von Lithium-Ionen-Batterien. In beiden Batterien können negativ geladene Elektronen durch den Stromkreis wandern, da Li+-Ionen von einem Bereich der Batterie in einen anderen wandern. Festkörperbatterien verwenden Festkörperkomponenten, während herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien flüssige Elektrolyte verwenden. Normale Lithiumbatterien sind weniger effektiv als Festkörperbatterien. Zu den Vorteilen von Lithiumbatterien gehört ihre hohe Energiedichte. Die Technologie weist jedoch Mängel wie unzureichendes Wärmemanagement und Sicherheitsbedenken auf. Festkörperbatterien sollen in 12 Minuten eine Ladung von 80 % erreichen, da sie stabiler als ihre Lithium-Ionen-Gegenstücke sind und bis zu 50 % mehr Energie speichern können. Batterietechnologieunternehmen haben Pilotanlagen zur Herstellung von Festkörperbatterien eingerichtet. Die aktuelle Nachfrage nach höheren Energie- und Leistungsdichten, Schnellladungen und Sicherheitsbedenken fördert Forschung und Entwicklung in der Batterieindustrie. Festkörperbatterien werden von mehreren Batterieherstellern entwickelt, um ein schnelles Laden in Elektroautos zu ermöglichen und eine große Reichweite zu bieten. So veröffentlichte Quantum Scape im Dezember 2020 Leistungsinformationen zu seiner Festkörperbatterietechnologie auf Grundlage des erstellten Prototyps. Sie hat eine größere Reichweite als typische Lithium-Ionen-Batterien und benötigt etwa 15 Minuten, um auf 80 % aufzuladen. Auch ihr Betriebstemperaturbereich ist größer. Aufgrund des exponentiellen Wachstums von Elektrofahrzeugen besteht großes Interesse an Schnellladungen. Es wird daher erwartet, dass diese Faktoren das Wachstum des globalen Marktes für Festkörperbatterien fördern werden.

Kostenlosen Musterbericht herunterladenZunahme der Anwendung von Festkörperbatterien

In den Bereichen Drohnen, tragbare Technologie und Gesundheitswesen werden Festkörperbatterien häufig verwendet. Ihre ursprüngliche Verwendung war als Hauptstromquelle für Herzschrittmacher, wobei ein Blatt Li-Metall in direkten Kontakt mit festem Jod gebracht wurde. Durch die Wechselwirkung zwischen den beiden Materialien entsteht an ihrer Schnittstelle eine Lithiumiodidschicht (LiI), die sich wie eine kurzgeschlossene Zelle verhält. Sobald sich die Schicht gebildet hat, fließt ein sehr geringer, konstanter Strom von der Lithiumanode zur Jodkathode. Die Verwendung von Festkörperbatterien ist auch in tragbarer Elektronik, RFID und Herzschrittmachern möglich. In Elektroautos könnten Festkörperbatterien ebenfalls zum Einsatz kommen. Derzeit werden Nickel-Metallhydrid- (NiMH), Lithium-Ionen-, Blei-Säure- und elektrische Doppelschichtbatterien in Hybrid- und Plug-in-Elektrofahrzeugen verwendet. Mehrere Autohersteller und andere Unternehmen sind jedoch bestrebt, Festkörperbatterien herzustellen oder zu verwenden. Toyota und Panasonic haben 2017 eine Kooperation ins Leben gerufen, bei der gemeinsam an Festkörperbatterien gearbeitet wird. Nissan, Hyundai Motor Company, BMW, Honda und andere Autohersteller beabsichtigen, die Festkörperbatterietechnologie zu entwickeln. Die Herstellung von Festkörperbatterien hat in einer Anlage begonnen, die vom chinesischen Unternehmen Qing Tao in Kunshan, Ostchina, installiert wurde. Laut der chinesischen Presse kann die Produktionslinie derzeit 100 MWh pro Jahr produzieren, bis 2020 sollen es aber 700 MWh sein.

Steigerung der F&E-Investitionen

Es wird ein Anstieg der Investitionen in der Feststoffbatteriebranche erwartet, der lukrative Chancen für das Marktwachstum bietet. Branchenriesen wie Samsung und Hyundai tätigen erhebliche Investitionen in die Entwicklung verbesserter, zukunftssicherer Feststoffbatterien. So haben A123 Systems, Hyundai, Sanoh Industrial und Samsung Venture Investment 20 Millionen USD in das Feststoffbatterie-Start-up Solid Power mit Sitz in Louisville, Colorado, investiert. Um die Autobatteriebranche auszubauen, gründeten Solid Power und BMW 2017 eine Kooperation. Laut dem Unternehmen liefert ihre Batterietechnologie erheblich mehr Energie als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien und senkt gleichzeitig die Kosten für Sicherheitsmaßnahmen auf Systemebene. Darüber hinaus kündigte Volkswagen eine Investition von 100 Millionen USD in das Batterietechnologieunternehmen Quantum Scape an. Durch Investitionen schlossen sich die beiden Unternehmen zu einem Joint Venture zusammen, um die Feststoffbatterietechnologie bis 2025 in großem Maßstab auf den Markt zu bringen.

Globaler FeststoffbatteriemarktEinschränkungen

Verfügbarkeit kostengünstiger Ersatzprodukte

Anwendungen, die leichte Batterien mit hoher Energiedichte benötigen, nutzen Lithium-Ionen-Technologie. Diese Batterien, die hauptsächlich in Hybridautos, Laptops und Mobiltelefonen verwendet werden, bieten die maximale Energiedichte pro Gewicht. Hohe Energiedichte und hohe Kapazität sind beides Merkmale von Lithium-Ionen-Batterien. Diese Batterien haben gute Ladeeigenschaften. Im Vergleich zu anderen Batterietypen haben Lithium-Ionen-Batterien den Vorteil, dass sie weniger Wartung erfordern. Da sie keinen Speicher haben, kann die Lebensdauer der Batterie nicht durch geplante Zyklen verlängert werden. Darüber hinaus haben diese Batterien eine geringere Selbstentladung, was sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht, bei denen eine Batterieladung über einen längeren Zeitraum gehalten werden muss. Bei ordnungsgemäßer Entsorgung sind Lithium-Ionen-Batterien weniger umweltschädlich. Darüber hinaus wird erwartet, dass ihre Vorteile, darunter ein unkompliziertes Herstellungsverfahren, Zuverlässigkeit, Haltbarkeit, minimale Wartungskosten und eine hohe Entladekapazität, die Nachfrage steigern werden. Aufgrund ihrer Zerbrechlichkeit und der Notwendigkeit einer Schutzschaltung zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs unterliegen Lithium-Ionen-Batterien bestimmten Einschränkungen. Die meisten Lithium-Ionen-Batterien haben ein Alterungsproblem, das nach einem Jahr zu Kapazitätsverlust führt, unabhängig davon, ob die Batterie verwendet wird oder nicht.

In naher Zukunft wird erwartet, dass die Verfügbarkeit zahlreicher Batterien in einer Reihe von Größen und Spezifikationen in Kombination mit einem hohen Stromniveau die Nachfrage steigern wird. Im Vergleich zu anderen Batterien sind Blei-Säure-Batterien deutlich günstiger und lassen sich auch mit relativ wenig technischen Maschinen einfach herstellen. Das Wachstum des weltweiten Marktes für Festkörperbatterien wird daher in naher Zukunft voraussichtlich eingeschränkt sein. Der Markt für Festkörperbatterien wird voraussichtlich durch die sinkenden Kosten für Lithium-Ionen-Batterien infolge der Erweiterung der Produktionsanlagen von Samsung, LG Chem, Tesla, BYD, BAK Battery, Guoxuan, Shandong Win Battery und Zhejiang Tianneng in China erheblich eingeschränkt. Die Nachfrage nach Festkörperbatterien wird in den kommenden Jahren voraussichtlich zurückgehen, da es bei Lithium-Ionen-Batterien erhebliche technologische Fortschritte gibt, darunter die Elektrolyte, Modifikationen des Siliziumanodenmaterials, die die Spannungskapazität drastisch erhöhen, und die Li-S- und Li-Luft-Technologien mit hoher Energiedichte.

Herausforderungen der Branche

Bleioxid, Schwefelsäure und Polypropylen sind die wichtigsten Rohstoffe, die bei der Herstellung von Batterien verwendet werden. Polypropylen, das zur Herstellung von Batteriegehäusen verwendet wird, wird aus Kohlenstoffverbindungen und Erdöl gewonnen. Rohöl und Erdgasderivate sind die wichtigsten Rohstoffe, die zur Herstellung von Polypropylen verwendet werden. Daher spielen Schwankungen der Rohöl- und Erdgaspreise eine Schlüsselrolle bei der Kostendynamik von Kunststoffen, die zur Batterieherstellung verwendet werden. Aufgrund der großen Lücke zwischen Angebot und Nachfrage war der Rohölpreis in den letzten Jahren enormen Schwankungen unterworfen. Mehrere Länder haben Maßnahmen ergriffen, um Rohöl zu horten und so eine konstante Versorgung ihrer Bevölkerung sicherzustellen. Gleichzeitig reichte die Produktion der fossilen Brennstoffe nicht aus, um die ständig steigende globale Nachfrage nach Öl zu decken. Der technologische Fortschritt im Öl- und Gassektor hat jedoch zu einer erhöhten Rohölproduktion geführt, wodurch die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage verringert und folglich die Rohölpreise gesenkt wurden.

Die Preisvolatilität von Rohöl wirkt sich direkt auf die Produktion nachgelagerter Derivate aus. Lithium-Ionen-Batterien werden voraussichtlich aufgrund ihrer steigenden Energiedichte und ihres geringen Wartungsbedarfs in mehr Elektrofahrzeugen, tragbaren Geräten und Energiespeichersystemen eingesetzt. Kompakte zylindrische Lithium-Ionen-Batterien eignen sich ideal für den Einsatz in Unterhaltungselektronik wie Laptops, während große zylindrische Zellen hervorragend für den Einsatz in Elektrofahrzeugen geeignet sind. Akkus im Beutelstil werden häufig in Mobiltelefonen verwendet. Prism-Lithium-Ionen-Batterien mit einem halbharten Kunststoffgehäuse werden in Automobilanwendungen eingesetzt. Aufgrund neuer Technologien erfreuen sich Lithium-Eisenphosphat-Batterien wachsender Beliebtheit. So wird die Entwicklung von Lithium-Eisen-Nanophosphat-Batterien neben Elektroautos und Stromerzeugung beispielsweise auch in der Telekommunikationsbranche stark genutzt. Diese Eigenschaften werden voraussichtlich in naher Zukunft eine Bedrohung für die Marktexpansion von Festkörperbatterien darstellen, da die Vorteile anderer Batterietypen bereits genannt wurden.

Marktsegmente

Der globale Markt für Festkörperbatterien ist nach Typ, Kapazität, Anwendung und Region segmentiert. Basierend auf dem Typ ist der Markt segmentiert in