Рынок твердотельных аккумуляторов — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз на 2018–2028 гг. Сегментировано по типу (тонкопленочные, портативные, объемные), емкости (менее 20 мАч, от 20 до 500 мАч, 500 мАч и выше), применению (потребительская и портативная электроника, электромобили, сбор энергии, носимые и медицинские устройства, другие), региону и конкуренции.

Ожидается, что рынок твердотельных батарей значительно вырастет в течение прогнозируемого периода из-за растущего спроса на твердотельные батареи среди секторов конечного использования и увеличения объема НИОКР, направленных на коммерциализацию стоимости батарей, которые, как ожидается, будут стимулировать рынок в течение прогнозируемого периода. Растущее потребление электронных гаджетов, растущая полезность систем хранения энергии батарей и увеличивающееся развертывание электромобилей являются ключевыми факторами, движущими рынок.

Твердотельные батареи основаны на технологии, которая использует твердые электроды и твердые электролиты в качестве альтернативы жидким или полимерным электролитам, используемым в литий-ионных или литий-полимерных батареях. Эта технология является одной из ведущих альтернатив традиционной технологии литий-ионных батарей. Твердотельные батареи нашли свое применение в радиочастотной идентификации (RFID), кардиостимуляторах и носимых устройствах. Ожидается, что его более мелкие и легкие твердотельные батареи станут прорывом для электромобильной промышленности.

Электромобили и носимые технологии требуют улучшенных батарей по сравнению с текущей технологией литий-ионных батарей, поскольку литий-ионные батареи чувствительны к высоким температурам и имеют проблемы безопасности, связанные со взрывом при перезарядке и разрядке. Твердотельные батареи оказались одной из ведущих альтернатив технологии литий-ионных батарей, поскольку они безопасны благодаря наличию твердого электролита, который предотвращает утечку. Кроме того, они имеют более длительный срок службы и могут использоваться для более тонких устройств.

Несколько гигантов отрасли планируют инвестировать в твердотельные батареи. Например, в 2017 году Toyota планировала использовать твердотельные батареи в электромобилях. Более того, рост применения твердотельных батарей в секторах здравоохранения, носимых устройств и беспилотных летательных аппаратов является одним из основных факторов, ответственных за рост мирового рынка твердотельных батарей. Кроме того, резкий рост потребности в твердотельных батареях в электромобилях играет ключевую роль в ускорении роста рынка. Однако сложный производственный процесс и высокая стоимость твердотельных батарей сдерживают рост рынка.

Глобальный рынок твердотельных батарейдрайверы и тенденции

Рост спроса на технологию быстрой зарядки в электромобилях

Литий (Li) является компонентом как твердотельных, так и литий-ионных батарей. В обеих батареях отрицательно заряженные электроны могут перемещаться по цепи, поскольку ионы Li+ мигрируют из одной области батареи в другую. Твердотельные батареи используют твердотельные компоненты, тогда как обычные литий-ионные батареи используют жидкие электролиты. Обычные литиевые батареи менее эффективны, чем твердотельные батареи. Преимущества литиевых батарей включают их высокую плотность энергии. Однако эта технология имеет недостатки, такие как неадекватное управление теплом и проблемы безопасности. Говорят, что твердотельные батареи достигают 80% заряда за 12 минут, поскольку они более стабильны, чем их литий-ионные аналоги, и могут хранить до 50% больше энергии. Компании, занимающиеся технологиями батарей, создали пилотные предприятия для производства твердотельных батарей. Текущий спрос на более высокую плотность энергии и мощности, быструю зарядку и проблемы безопасности стимулируют исследования и разработки в аккумуляторной промышленности. Твердотельные аккумуляторы разрабатываются несколькими производителями аккумуляторов для обеспечения быстрой зарядки в электромобилях и обеспечения большого диапазона. Например, Quantum Scape опубликовала информацию о производительности своей технологии полностью твердотельных аккумуляторов в декабре 2020 года на основе созданного прототипа. Он имеет больший диапазон, чем типичные литий-ионные аккумуляторы, и заряжается до 80% примерно за 15 минут. Его рабочий температурный диапазон также больше. Существует большой интерес к быстрой зарядке из-за экспоненциального роста электромобилей. Таким образом, ожидается, что эти факторы будут способствовать росту мирового рынка твердотельных аккумуляторов.

Загрузить бесплатный пример отчета Увеличение применения твердотельных аккумуляторов

В области беспилотных летательных аппаратов, носимых технологий и здравоохранения твердотельные аккумуляторы широко используются. Их первоначальное использование было в качестве основного источника питания для кардиостимуляторов, что включало помещение листа лития в прямой контакт с твердым йодом. В результате взаимодействия двух материалов на их границе создается слой литий-йодида (LiI), который ведет себя как короткозамкнутая ячейка. После формирования слоя от литиевого анода к йодному катоду течет очень скромный, постоянный ток. Использование твердотельных батарей также возможно в носимой электронике, RFID и кардиостимуляторах. В электромобилях также могут использоваться твердотельные батареи. В настоящее время в гибридных и подключаемых электромобилях используются никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные, свинцово-кислотные и двухслойные электрические батареи. Однако несколько автопроизводителей и других предприятий стремятся создавать или использовать твердотельные батареи. Toyota и Panasonic в 2017 году начали сотрудничество, которое будет включать совместную работу над твердотельными батареями. Nissan, Hyundai Motor Company, BMW, Honda и другие автопроизводители намерены разработать технологию твердотельных батарей. Производство твердотельных батарей началось на предприятии, которое было установлено в Куньшане, Восточный Китай, китайской компанией Qing Tao. По данным китайской прессы, производственная линия теперь может производить 100 МВт-ч в год, но ожидается, что к 2020 году она достигнет 700 МВт-ч.

Увеличение инвестиций в НИОКР

Прогнозируется, что отрасль твердотельных аккумуляторов увидит рост инвестиций, что предоставит прибыльные шансы для роста рынка. Такие гиганты отрасли, как Samsung и Hyundai, вкладывают значительные средства в создание улучшенных, перспективных твердотельных аккумуляторов. Например, A123 Systems, Hyundai, Sanoh Industrial и Samsung Venture Investment инвестировали 20 миллионов долларов США в стартап по производству твердотельных аккумуляторов Solid Power, базирующийся в Луисвилле, штат Колорадо. Для развития отрасли автомобильных аккумуляторов Solid Power и BMW в 2017 году заключили партнерство. По данным компании, их технология производства аккумуляторов дает значительно больше энергии, чем традиционные литий-ионные аккумуляторы, а также снижает системные расходы на меры безопасности. Кроме того, Volkswagen объявил об инвестициях в размере 100 миллионов долларов США в фирму Quantum Scape, занимающуюся технологиями аккумуляторов. Благодаря инвестициям две компании объединились, чтобы сформировать совместное предприятие, чтобы вывести технологию твердотельных аккумуляторов на рынок в больших масштабах к 2025 году.

Глобальный рынок твердотельных аккумуляторовограничения

Наличие недорогих заменителей

Приложения, которым требуются легкие и высокоплотные аккумуляторы, используют литий-ионную технологию. Эти аккумуляторы, которые в основном используются в гибридных автомобилях, ноутбуках и сотовых телефонах, предлагают максимальную плотность энергии на единицу веса. Большая плотность энергии и большая емкость являются характеристиками литий-ионных аккумуляторов. Эти аккумуляторы имеют хорошие нагрузочные характеристики. По сравнению с другими типами аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторы имеют то преимущество, что требуют меньшего обслуживания. Поскольку у них нет памяти, срок службы аккумулятора не может быть продлен запланированными циклами. Кроме того, эти батареи имеют меньший саморазряд, что делает их подходящими для различных применений, где необходимо удерживать заряд батареи в течение более длительного периода времени. При правильной утилизации литий-ионные батареи наносят меньший вред окружающей среде. Кроме того, ожидается, что их преимущества, включая простой метод производства, надежность, долговечность, минимальные затраты на обслуживание и высокую разрядную емкость, повысят спрос. Из-за своей хрупкости и необходимости в защитной схеме для обеспечения безопасной эксплуатации литий-ионные батареи имеют определенные ограничения. Большинство литий-ионных батарей имеют проблему старения, которая приводит к потере емкости через год независимо от того, используется батарея или нет.

В ближайшем будущем ожидается, что наличие многочисленных батарей в диапазоне размеров и спецификаций в сочетании с высоким уровнем тока увеличит спрос. По сравнению с другими батареями свинцово-кислотные батареи значительно дешевле, и их также просто производить с использованием относительно низкотехнологичного оборудования. Таким образом, ожидается, что рост мирового рынка твердотельных батарей будет ограничен в ближайшем будущем. Ожидается, что рынок твердотельных аккумуляторов будет существенно ограничен снижением стоимости литий-ионных аккумуляторов в результате расширения производственных мощностей Samsung, LG Chem, Tesla, BYD, BAK Battery, Guoxuan, Shandong Win battery и Zhejiang Tianneng в Китае. Прогнозируется, что спрос на твердотельные аккумуляторы в ближайшие годы снизится в результате значительных технологических достижений в области литий-ионных аккумуляторов, включая электролиты, модификации кремниевого анодного материала, которые значительно увеличивают допустимую нагрузку по напряжению, и технологии Li-S и Li-air с высокой плотностью энергии.

Проблемы отрасли

Оксид свинца, серная кислота и полипропилен являются ключевыми сырьевыми материалами, которые используются в производстве аккумуляторов. Полипропилен, который используется для изготовления корпусов для аккумуляторов, получают из углеродных соединений и нефти. Сырая нефть и производные природного газа являются основным сырьем, которое используется для производства полипропилена; Таким образом, колебания цен на сырую нефть и природный газ играют ключевую роль в динамике стоимости пластмасс, используемых для производства аккумуляторов. За последние несколько лет цены на сырую нефть сильно колебались из-за большого разрыва между спросом и предложением. Несколько стран приняли политику, направленную на создание запасов сырой нефти для поддержания постоянного снабжения своего населения. В то же время месторождения ископаемого топлива не могли обеспечить достаточного объема производства для удовлетворения постоянно растущего мирового спроса на нефть. Однако технологические достижения в нефтегазовом секторе привели к увеличению добычи сырой нефти, тем самым сократив разрыв между спросом и предложением и, следовательно, снизив цены на сырую нефть.

Волатильность цен на сырую нефть напрямую влияет на производство производных товаров. Прогнозируется, что литий-ионные аккумуляторы будут использоваться в большем количестве электромобилей, портативных устройств и систем хранения энергии из-за их растущей плотности энергии и низких потребностей в обслуживании. Компактные цилиндрические литий-ионные аккумуляторы идеально подходят для использования в бытовой электронике, такой как ноутбуки, в то время как большие цилиндрические элементы отлично подходят для использования в электромобилях. Аккумуляторы типа Pouche часто используются в сотовых телефонах. Литий-ионные аккумуляторы Prism, которые имеют полужесткий пластиковый корпус, используются в автомобильных приложениях. Благодаря новым технологиям литий-железо-фосфатные аккумуляторы становятся все более популярными. Например, в дополнение к электромобилям и производству электроэнергии, разработка литий-железо-нанофосфатных аккумуляторов нашла значительное применение в телекоммуникационной отрасли. Прогнозируется, что эти качества будут представлять угрозу для расширения рынка твердотельных аккумуляторов в ближайшем будущем из-за преимуществ других типов аккумуляторов, которые уже были указаны.

Сегменты рынка

Глобальный рынок твердотельных аккумуляторов сегментирован по типу, емкости, применению и региону. На основе типа рынок сегментируется на