波士顿，2024年5月22日/PRNewswire/-作者：Alex Holland博士，IDTechEx研究总监
最大化能量密度一直是电动汽车电池开发的一个关键领域。在过去的10-15年里，电池和电池组设计的优化，以及更高镍NMC和NCA阴极的使用，使电池能量密度稳步提高。当前设计和材料迭代的能量密度限制已在很大程度上被最大化。然而，一个有希望的竞争者正在出现，提供一种阶梯式的改进——硅。IDTechEx预测，到2034年，用于锂离子电池的硅阳极材料市场将超过240亿美元。
本文摘自IDTechEx的最新报告《2024-2034年先进锂离子电池技术：技术、参与者和预测》，其中包括对硅阳极最新发展的分析。
硅阳极性能优势
硅的理论容量接近3600毫安时/克（在室温下），这为通过取代石墨显著提高能量密度提供了可能性，石墨被用作绝大多数锂离子电池的阳极材料。通过用硅取代容量约为360mAh/g的石墨，超过400Wh/kg和1000Wh/l的电池级能量密度变得可行，有可能在2024年使最先进的商业电池的能量密度几乎翻一番。这种能量密度的飞跃可以转化为续航里程是原来的两倍的电动汽车或运行时间是原来的一倍的电子设备。
但硅的好处不仅仅局限于容量和能量密度。许多硅阳极公司报告称，功率和快速充电能力有所提高，这是电动汽车以及电动工具或消费设备等其他应用日益重要的性能指标。此外，与石墨相比，硅的正电压更高，有助于降低锂电镀的风险，提高电池安全性，这是该行业日益关注的另一个问题。
商业化力度加大
目前，硅氧化物只能以相对较低的重量百分比使用，<10%，但数十家大大小小的公司都在竞相开发先进的硅阳极材料，使电池中的硅百分比更高。硅占主导地位的成分仍然是许多玩家的目标。电池行业已经注意到了硅的潜力。IDTechEx估计，超过40亿美元的投资已投入硅阳极初创企业。其中一部分现在开始用于扩大制造能力、产能和供应链。重要的是，其中一些公司正在开发的材料和解决方案也开始得到鉴定和部署。Sila Nano已经在Whoop健身穿戴设备中使用了材料，Amprius已经在无人机和高空伪卫星（HAPS）中部署了电池，而Lightning Motors将使用Envate的技术提供电动摩托车。汽车原始设备制造商也注意到了硅阳极的前景，戴姆勒、保时捷和通用汽车等公司与硅阳极公司进行了投资和合作。
挑战依然存在
然而，除了用作添加剂之外，硅的广泛商业化仍面临挑战。硅在循环过程中的显著膨胀会导致电解质消耗过多、电极粉碎和电接触损失等问题，因此在阳极中使用相对较低百分比的硅。在克服这些障碍方面已经做出了重大努力，报告的数据表明，可以实现高达1000次循环的循环寿命，使硅广泛适用于电动汽车。
除了循环寿命之外，保质期仍然是一个令人担忧的问题，而在中短期内，硅阳极材料很可能会继续以高于石墨的价格（以美元/千瓦时为基础）进入市场。这可能会将其部署限制在价格敏感度较低的应用中，如高端电动汽车、军事应用或一些电子设备。
结论
总之，先进的硅阳极材料在提高电池性能的关键方面有着巨大的前景，但必须解决循环寿命、保质期以及重要的成本等挑战，才能广泛采用。尽管如此，在各种应用中部署更高百分比的硅含量阳极似乎迫在眉睫。不断扩大的规模和持续的创新也为降低硅基阳极材料的成本提供了乐观的态度，使其能够用于重要的大众市场电动汽车细分市场。有关IDTechEx对各种硅阳极技术、30多家开发材料和解决方案的参与者以及最新商业化努力的报道和分析，请参阅他们的报告《2024-2034年先进锂离子电池技术：技术、参与者和预测》。
欲了解更多关于本报告的信息，包括可下载的样本页，请访问www.IDTechEx.com/AdvLithium。
有关IDTechEx的电池和储能市场研究的完整组合，请访问www.IDTechEx.com/research/ES。
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