锂离子电池市场研究

执行摘要

随着汽车行业从传统的汽油驱动汽车向更省油、更环保的交通方式转变，一场变革正在发生。目前，混合动力汽车和电动汽车正在进入全球市场，但进展缓慢，障碍重重。到目前为止，这些汽车还没有给制造商带来多少利润，但随着电池技术的进步，这种情况肯定会改变。问题是，这需要多长时间？

近年来，锂离子电池的使用量不断增加。预计到 2019 年，电池市场规模将超过 $330 亿美元，到 2023 年将超过 $260 亿美元。未来几年，袋式电池将大量涌现，LG Chem 等公司正在开发能够耐高温的包装材料，预计在不久的将来可提供 400 kWh 的功率密度。虽然全新的燃料源正在开发中，但锂离子电池在未来五到十年内仍将是最受青睐的技术。制造成本也将继续下降，在此期间高达 30%。当今的创新很可能会在 2020 年被采用，但更大的突破预计要到 2025 年之后才会出现。

特斯拉的成功以及在内华达州建立新的超级工厂的公告在业界引起了极大的轰动。电池的大规模生产可以进一步降低成本，并加速提高混合动力和电动汽车的续航里程。续航里程焦虑仍然是制造商面临的一个主要问题，因为潜在车主担心在两次充电之间无法行驶很远，并且没有太多方便的充电设施，因此不愿购买。

特斯拉圆柱形电池（由奥迪和保时捷生产）的产量将会增加，因为圆柱形电池的发展前景似乎相当光明。此外，NTA 阴极的产量也将增加，因为它们被证明具有更高的密度，而且它们的容量还在不断提高。随着硅阳极越来越受欢迎，它很可能在未来占据市场主导地位。

氢燃料电池技术正在快速发展，但预计要到 2020 年以后才会对市场产生重大影响。与此同时，锂离子电池将继续普及。随着锂离子电池的发展，其容量预计将以每年 5% 的速度提高，同时其功率和能量密度将继续提高。整个行业都在研发更好、更高效的电池，但至少在 5-7 年内不会投入使用。

最近全球油价暴跌对混合动力汽车和电动汽车在市场上的发展尤其不利。由于司机不再担心汽油成本（尤其是在美国），他们更倾向于购买传统的汽油驱动汽车。大多数人认为油价肯定会再次上涨，这将导致司机再次考虑混合动力汽车/电动汽车。与此同时，汽车制造商正焦急地关注油价的发展，看看会发生什么，电池开发商仍在努力推动技术进步，以便在需要的时候能够取得进展。

混合动力/电动汽车销售面临的另一个严重障碍是缺乏重要的充电站基础设施。目前，充电站数量很少，主要集中在沿海地区，司机们对购买无法在需要时方便充电的电动汽车持谨慎态度。当然，这种情况会逐渐改变。问题是，改变的速度有多快？无线充电的出现也将有助于缩短充电时间，让司机更容易做出购买汽车的环保决定。最终，对混合动力/电动汽车的需求将会增加，尤其是在欧洲和中国。随着需求的增加，对锂离子电池的需求也会增加。

不久前，许多人预测到 2020 年插电式汽车将占据 30% 的市场份额，但低油价已经降低了这一预期。如今，人们的注意力集中在谁将在电池大规模生产和开发方面占据主导地位，以及制造中心将设在何处。中国似乎是引领“电池组”的良好候选人，因为美国许多潜在的生产基地都受到有关有毒金属的更严格环境法规的阻碍。韩国和日本也显示出竞争潜力，必将成为主要参与者。2025 年似乎是混合动力/电动汽车在国际市场上取得重大进展的更现实的目标日期。

接近 2030 年，将有更多机会开发新产品，包括锂空气电池。电池成本将保持不变，但能量密度将翻倍，功率不会改变。锂聚合物电池前景广阔，但除非锂金属阳极能够完善。该技术存在火灾隐患，必须解决。

令人兴奋的突破即将出现，但仍处于研发阶段。氢燃料电池技术可能最接近实现，并且已经有一些实际应用。再往前走，石墨烯/碳纳米管、铝空气、锌空气等许多先进技术都是正在开发中的潜在可行想法。

密歇根州的新兴公司 SAKTI3 正在开发一种电池，他们声称这种电池的能量密度将比锂离子电池高出一倍，成本仅为锂离子电池的五分之一。这项技术能否为客户提供他们所需的价格点和行驶里程，让他们换用环保汽车？Sakti3 已从日本工业家、伊藤忠商事、科斯拉风险投资公司、通用汽车和密歇根州等支持者那里筹集了 $30M 的研究资金。

锂离子电池技术的另一个有前景的方面是 EOL（使用寿命结束）再利用。一旦完成为混合动力或纯电动汽车供电的最初目的，锂离子电池仍可用于其他用途，例如为医院、建筑物和电网应用提供电力。在电池的第二次生命中，它可以再使用十年，然后可以回收利用。之后，一部分可以用于其他用途。为此，一些人希望政府强制实施二次生命规定，以延长锂离子电池的使用寿命。

随着我们迈向 2020 年，推动锂离子电池发展的主要动力是政府为帮助 EV/PHV 行业发展而提供的激励措施，以及来自中东、欧洲、美国和亚洲的环境压力。除此之外，增长还将来自对拥有绿色汽车感兴趣的千禧一代购买者。轻量化和提高汽油发动机、柴油发动机和变速箱的效率等传统应用有助于满足燃油经济性要求，但不足以满足 2020 年的政府法规。

无论混合动力/电动汽车的发展面临怎样的障碍，它们都一定能够被克服，因为未来需要更节能、更环保的汽车。全球都在追求最好的电池，重大突破即将发生。随着杰出的电池设计师竞相满足快速发展的汽车市场的需求，进步正在迅速发生。

介绍

尽管混合动力汽车和纯电动汽车尚未真正普及到世界各地的道路上，但随着我们从传统的汽油驱动汽车向更省油、更环保的交通方式过渡，一场变革正在发生。随着这种转变的发生，随之而来的是创新和快速变化，其驱动力是寻找适用技术来促进这种巨大转变的需求。

多年来，铅酸电池一直是我们车辆和需要自备电源的设备的能量来源。如今，我们看到了锂离子电池的出现。锂是一种现成的原材料，也是人类已知的最轻的金属，它彻底改变了电池行业，并且在未来几年中，这种趋势没有丝毫放缓的迹象。

预计锂离子电池市场至少在 2020 年之前将继续提供可靠的增长机会。推动这种增长的最终用户是汽车制造商、工业品制造商、消费设备供应商、电网和可再生能源存储部门。混合动力汽车和电动汽车的普及只会加速锂离子电池的发展。制造商不断努力改进现有技术，力求制造更轻便、更高效的电池，并能在充电后让车辆行驶更远的距离。突破不断出现，预示着未来将充满真正满足企业、消费者和环境需求的电池。

除了交通运输，锂离子在许多其他领域也存在着利润丰厚的市场。最引人注目的是医疗保健行业、全球制造商和军事应用。除此之外，这是一个由电池供电的星球，需要能源来保持它向前发展。

在这个瞬息万变的电池开发市场中前行并非易事，但投资者和新兴企业知道前景一片光明，他们正大胆向前迈进，抢占先机，因为他们看到受监管的市场已为绿色能源和更高的燃油效率做好准备。对于那些最善于驾驭这个复杂市场的人来说，利润和成功就在眼前。

随着研发投资的增加，电池性能的提高和消费者价格的降低，锂离子电池将继续发展。从竞争的角度来看，市场被电池组集成商和电池制造商等供应商所分割。然而，整合必将持续，因为较小的利益集团可能无法承受满足研发费用和价格下降趋势所需的大量资本投资。预计北美和亚太地区对锂离子电池的市场需求最为显著。欧洲国家也将寻求类似的替代能源。以下是 Frost and Sullivan 预计的 2020 年锂离子电池全球市场份额百分比的细分：

IT、医疗保健和电信行业将成为锂离子产品需求增长的行业。这些行业与消费者、电网、汽车和可再生能源领域的合作可能会导致供不应求的局面。

锂 – 最轻的金属

锂的真正形态是一种挥发性化学元素。它易燃，在高温下会爆炸。锂是从锂辉石等火成岩中提取的，最常见的是从盐水池中的氯化锂盐中提取的。玻利维亚和智利是锂的主要来源国，尽管政治和经济问题经常使那里的开采变得复杂。澳大利亚、阿根廷、中国和美国也有现成的锂供应。

据估计，智利阿塔卡马沙漠蕴藏着 2840 万吨可回收锂，足以满足 15.8 亿辆插电式混合动力汽车或 4 亿辆电动汽车的需求。此外，锂可回收，未来可用于其他用途。在出现更好的材料之前，锂是当今和可预见的未来的主要材料。

行业预测为锂离子电池的生产和销售描绘了一幅光明的前景。事实上，这些名副其实的繁荣时期存在于所有领域，包括电动汽车、储能和消费电子产品。这种增长的核心是创新。在全球范围内，仅全球汽车锂离子电池市场就预计在 2015 年创造 $96 亿美元的业务。预计到 2019 年将达到 $331 亿美元，未来七年的年增长率为 14.4%。到 2023 年，全球锂离子电池收入将达到 $261 亿美元。锂离子电池的可靠性已得到证实，因此这一数字是可以实现的。

随着创新的不断涌现和市场的不断扩大，锂离子电动汽车电池的成本继续快速下降。据估计，到 2025 年，它们将缩减至 $100/kWhr。但也存在一些怀疑。Lux Research 预计到 2020 年，电池成本将达到 $400/kWhr。其他消息来源则引用了 $150 的基准价格点，这将使电池电动汽车可供公众使用。

锂离子电池市场持续但有节制的增长让一些电池制造商的日子不好过。在此过程中，一些规模更大、更成熟的公司破产或倒闭，而一些规模更大、更成熟的公司则坚持等待电动汽车传动系统市场在全球范围内的扩张。其中的领军企业包括江森自控、AESC 和 LG 化学。与此同时，研究表明，未来几年电池容量将出现惊人的飞跃，道路、空中和海上混合动力和电动汽车的销量也将稳步增长——到 2025 年，销售额将超过 $5330 亿美元。

新兴技术

目前，混合动力汽车在市场上站稳了脚跟，随着技术问题的解决和成本对消费者来说越来越可接受，纯电动汽车预计将在未来五年内跟进。到目前为止，丰田和特斯拉已经做好了准备，其他一些公司也即将被淘汰。一些公司将合作以提高自己的机会。对于幸存者来说，风险是数十亿美元，而失败者则可能被遗忘。与此同时，技术一直在发展，超越锂离子，因为没有什么是一成不变的。下面我们来看看一些新兴技术——它们的潜力和陷阱。

锂空气电池 — IBM 自 2009 年以来一直致力于锂空气电池的研究。锂空气电池通过改变电池化学成分来提高能量密度，产生一种反应，从大气中吸收氧气，然后在充电时产生氧气。预言家认为这项技术具有启示性，他们想象有一天汽车可以行驶数千英里而无需充电。然而，实现至少还需要 5-15 年的时间。

双碳电池 – 日本电力公司 — 锂离子电池存在局限性。充电时间太长。它们的能量密度不是特别高。它们具有潜在的挥发性（发热、起火和爆炸）。它们在反复充电后也会失去电量。双碳技术用普通碳代替了氧化锂端子。它们不会发烫，而且据说充电速度提高了 20 倍。碳很容易获得，而且随着时间的推移，降解也会减少。

石墨烯超级电容器 – 特斯拉表现出兴趣 — 在这种情况下，使用由电阻隔开的带电板代替电池。然后，电能被保留在静电场中，稍后再放电。存储和放电方面的问题尚未解决。使用石墨烯，可以生成具有巨大电容和能量密度的电池，并且不会随着时间的推移而退化。充电几乎是即时的。到目前为止，原型已经显示出巨大的前景。埃隆·马斯克受到启发，预测“未来不是电池，而是超级电容器。”时间会证明一切。

锂亚胺电池 – 莱顿能源公司 — 研究表明，锂酰亚胺可在极热温度下限制热膨胀。Leydon 一直在制造硅基阳极，这种阳极的能量密度比碳基阳极更高。

SuperPolymer 2.0 锂离子电池 – Electrovaya 公司 — 该技术在许多应用中提高了电池效率和功率，并消除了对人体有害的 N-甲基吡咯烷酮 (NMP)。SuperPolymer 2.0 被认为具有更好的耐火性，可以在很宽的温度参数范围内运行。

碳化硅和氮化镓电池 — 这些材料具有显著的省钱潜力。它们被称为宽带隙材料 (WBG)，在电力电子中使用时比硅更有效。使用它们的设备可以做得更小、更轻。预计它们最早可能在 2020 年取代电动汽车中的硅。

镁离子电池 – 劳伦斯伯克利国家实验室 — 镁离子被誉为可能的“未来能源存储”，其电荷为 +2（多价），而锂离子的电荷为 +1（单电子）。镁比锂更丰富，而且不太可能过热。尽管最初对导电性问题和反离子可能会影响电池效率有所保留，但研究表明，由于配位层小三分之一，镁离子的导电性实际上比锂离子更有效。接下来将进行实际测试，如果成功，那么功能强大、价格低廉且安全的镁离子电池必将随之而来。

石墨烯/碳纳米管 — 石墨烯和碳纳米管在未来改善能量存储方面显示出巨大的潜力。昆士兰科技大学和加利福尼亚大学的研究人员希望将它们与当今的锂离子电池配对使用。最终结果可能是改善电动汽车车身面板的能量存储，使其能够快速充电并行驶比目前更远的距离。碳无处不在。现在的诀窍是在纳米级上获得其所拥有的独特属性。这绝非易事。正在开发的石墨烯超导体可以快速充电并且非常强大。它们甚至可以使用 DVD 刻录机进行打印，从而产生可以存储大量能量的石墨烯片。这可能会使电池瞬间充电，使用寿命长达 20 年，并提供显着增加的续航里程。成本节省同样令人印象深刻。

硅基锂离子电池 – 安普瑞斯 — 这个想法是使用硅代替碳作为锂离子电池的电极材料。斯坦福大学宣布了一笔 $3000 万美元的风险投资，这笔资金将帮助 Amprius 在其中国工厂开发这个想法。亚洲私募股权公司 SAIF Partners、投资者 Kleiner、Perkins、Caulfield 和 Beyers、Vantage Point Capital Partners、Chinergy Capital、Innovation Endeavors 和 Trident Capital 都对当前研发成果持有股份。目标是利用硅的能量密度是碳中心锂离子电池的十倍。目前的能量密度有可能提高到 40%。不幸的是，与碳不同，硅在锂离子插入时会膨胀，导致其断裂和降解。障碍是开发一种商业化制造纳米管结构的方法。Amprius 的目标是在 2015 年将电池推向市场，目前已经生产了 60,000 台用于测试。诺基亚和其他中国和美国制造商正在等待。与此同时，Amprius 希望第三代电池的发电效率能达到每公斤 500 瓦时。

钠空气电池 — 钠空气电池的容量确实低于锂空气电池，但绝对高于锂离子电池，而且制造起来也比锂空气电池简单得多。钠电极位于电池的一端，电解质位于可透氧的碳电极下方。电子绕过电池，离子金属溶解在电解质中，电解质会流向碳电极并遇到氧气。该电池仍处于实验阶段，但研究人员对此充满信心。他们推断，钠空气电池的电荷更高，充电也比锂空气电池更容易。缺点是什么？钠空气电池只能充电几次，之后就会报废。科学家正在试图找出原因。

铝空气电池 – 菲尼吉 — 空气中的氧气与铝发生反应时，铝空气电池会产生电能，从而形成能量密度极高的电池。由于阳极成本高，且与传统电解质一起使用时会产生副产品问题，因此铝空气电池并未得到广泛应用。因此，铝空气电池主要用于军事用途。使用铝空气电池的电动汽车的续航里程可能是锂离子电池的八倍，而重量却要轻得多。此外，铝空气电池一旦浸入水基电解质中，基本上就无法充电了。可以使用通过回收水合氧化铝获得的新铝阳极对它们进行充电。如果要让铝空气电池得到更广泛的应用，就必须这样做。与传统铅酸电池混合使用可能是答案。最近，Phinergy 展示了一款使用铝空气电池的电动汽车，该汽车使用独特的阴极和氢氧化钾能够行驶 330 公里。Phinergy 最近与美国铝业公司合作，测试了一款使用锂离子和铝空气电池的小型电动汽车，续航里程高达 1000 英里。虽然不可充电，但模块化铝制电池盒可以更换为新电池盒。与锂空气电池配合使用作为备用电源，可以为驾驶员提供无碳替代品。实际上，铝空气电池的性能可与汽油加长版汽车相媲美，但更清洁。这是一个可行的选择，而且肯定是可行的。

锌空气电池 — 锌空气电池同样不可充电，它通过用空气中的氧气氧化锌来发电。它们具有高能量密度，生产成本低。它们适用于助听器和照相机等小型应用。用于电动汽车时，电池体积会大得多。放电时，锌颗粒形成充满电解质的多孔阳极。在阴极，氧气发生反应并形成羟基离子，羟基离子迁移到锌糊中并形成锌酸盐。这反过来又使电子可以移动到阴极。锌酸盐衰变形成氧化锌，水返回到电解质。阳极的水和羟基在阴极被回收，因此水最终不会被消耗。理论上，反应产生 1.65 伏电压，在可用电池中降至 1.35-1.4 伏。锌空气具有电池和燃料电池的特征。锌作为燃料，反应由气流变化控制。氧化的锌/电解质糊可以用新产品代替。如果得到充分实现，锌空气电池可以成为电动汽车的可行能源，并可用于公用事业级能源存储。

凝胶电池 — 凝胶电池是 VRLA 电池，其中电解质是凝胶状的。气相二氧化硅与硫酸结合形成凝胶状且不可移动的物质。它们没有湿电池固有的问题（蒸发、腐蚀、溢出），并且它们更耐极端温度、杆振动和冲击。与湿电池不同，铅板中的锑被钙取代，并且会发生气体重组。

氢燃料电池 — 现代已在其 Tucson 车型中引入了氢燃料电池技术。本田和丰田将于 2015 年跟进。有人说，氢燃料驱动的电动汽车要到 2030 年才会真正被大众市场接受。燃料电池汽车的续航里程与传统汽车相当，但排放为零。然而，由于缺乏基础设施，制造所需动力传动系统的成本过高，燃料电池可能多年内都无法成为主流。

...发生什么事了？

松下

混合动力和插电式电池的需求对松下来说是个好消息，尤其是与特斯拉的合作。松下最近宣称其市场份额为 39%，其次是 NEC 的 27% 和 LG Chem 的 9%。松下于 2014 年 10 月扩大了与特斯拉的电池制造协议。

特斯拉的重大举措是，他们计划在内华达州建造一个耗资 $5B 的超级工厂，专注于 35 GWh 锂离子电池的生产。松下正与特斯拉合作开展这项事业，但有些人认为这是一项高风险的事业。这项投资是否合理，是否真的能在制造更便宜的锂离子电池方面取得突破，还有待观察。一些人猜测，即使特斯拉在 2020 年销售 24 万辆电动汽车（正如他们所希望的那样），松下的利润率也可能很低。在目前的情况下，很容易猜测特斯拉可能产能过剩，这可能很难弥补。

与此同时，松下最近与 Polypore International 的子公司 Celgard 达成了合作。他们将联手为下一代松下电池开发无涂层和涂层 Celgard 隔膜。在开发阶段之后，两家公司希望达成长期供应协议。电池隔膜可以实现锂离子的转移，而隔膜则在阴极和阳极之间形成一道屏障。Celgard 目前在其隔膜中使用聚丙烯、聚乙烯或三层 PP/PE/PP 电解膜。

三星

三星于 2000 年开始生产锂离子电池。自那时起，他们通过创新和开发优质产品确立了领导地位。自 2010 年以来，他们被公认为锂离子电池市场的全球领导者。三星生产的方形电池单元具有卓越的能量密度和功率，同时保持了标准电池尺寸参数。该公司将继续使用方形电池，认为它们的问题比层压板少。

专家预计到 2020 年，成本将降至每千瓦时 $150 美元，材料方面的价格下降幅度大于销售/设计方面。一旦设计在制造方面取得进展，成本最终将降低。为此，三星积极采取成本削减措施。

该公司能够批量生产多种先进的汽车电池，包括用于混合动力汽车的 5Ah 级电池、用于插电式汽车的 20Ah 电池、用于纯电动汽车的 60Ah 电池以及用于微型/轻型 HEV 的 4.0Ah/11Ah“Hi Cap”电池。三星 5.2Ah 电池是世界上最小、功率最大的电池，而 5.9Ah 电池则提供业内最高的功率密度，目前正在为轻型混合动力 SUV 和混合动力超级跑车进行批量生产。

展望未来，三星已设定了到 2020 年实现电池技术进步的目标。到 2016 年，新型 (NCM) 镍钴锰电池的能量密度将达到 130 瓦时/千克。到 2019 年，三星计划推出能量密度达到 250 瓦时/千克的先进 NCM。随着业内许多公司都在努力实现锂空气燃料电池，三星希望在 2020 年实现这一目标。他们设想的电池的能量密度将达到 +300 瓦时/千克。

此外，三星的 EV 60Ah 级电池拥有业界最高的体积能量密度，目前已批量生产，供应给欧洲和美国的 OEM。26Ah 和 28Ah 电池拥有业界最高的体积功率和能量密度。可堆叠的紧凑设计可实现电池模块化，便于包装。这些电池正在为欧洲 OEM 生产。

预计三星将在未来 2-3 年内继续生产镍电池，化学组合不会发生重大变化。随着技术发展，使用现有材料，安培/小时的发电量可能会翻一番。由于该公司继续试验添加剂和隔膜，阳极不会发生重大变化。安全许可将否定 2020 年之前的任何重大变化。三星预计到 2030 年将有更多产品开发机会，包括锂空气。三星有能力通过在方形电池中使用 1850 中的化学物质来降低成本并提高电池能量密度，但中国政府法规不允许这样做。

到 2020 年，三星预计高压 48 和低压锂电池的需求都会增加，以实现“地平线 2020”目标中的二氧化碳水平。目前，它们仅次于日产聆风。与宝马的合作可能会增加市场份额，并使其跻身前三名。

与此同时，福特与三星 SDI 合作开发以再生制动为中心的混合动力技术，该技术可保留车辆制动过程中通常损失的高达 95% 的能量。该系统被视为减少二氧化碳排放的短期解决方案，与福特的自动启停系统配合使用，该系统可在车辆停止时关闭发动机以节省燃料。一种特殊的电池为内部系统和附件供电，直到松开制动器，此时发动机重新启动。从长远来看，福特和三星 SDI 正在开发一种超轻锂离子电池，比现有的混合动力电池小 30%。它由镍氢电池组成，可提供高达三倍的功率。在概念车中采用减重策略，最终结果可以提高性能和效率。福特已投资 $135M 用于必要电池组件的生产、设计和工程以及后续测试程序。此外，福特还支持劳伦斯伯克利国家实验室正在进行的储能研究。福特对汽车报废解决方案 (ELVS) 很感兴趣，该解决方案涉及有毒物质的管理和废旧电池的可回收性。客户现在可以将旧电池带到参与的经销商处进行免费回收。

三星“可弯曲”电池 – 三星 SDI 在 2014 年韩国 InterBattery 大会上推出了一款新型可卷曲、可弯曲电池。这种电池可以弯曲成 U 形或缠绕在杯子上，更有可能以可穿戴的形式出现在人们的手腕上，就像 Gear Fit 健身带中的弯曲 210mAh 电池一样。目前，这些电池仍在开发中，以提高可靠性和安全性，可能还需要一段时间才能向公众推出。LG Chem 也对可穿戴设备感兴趣，他们正在开发类似的电池，尽管他们最近的重点是电动汽车电池的制造。

萨克蒂3

这家新兴的密歇根州初创公司旨在像电脑芯片一样高效且经济地生产锂电池。Sakti3 是首席执行官兼创始人 Ann Marie Sastry 的心血结晶，2014 年宣布即将在电池技术上取得重大突破。他们正在开发一种电池，声称其能量密度将提高一倍，成本仅为锂离子电池的五分之一。这项技术能否为客户提供换用绿色汽车所需的价格和续航里程？也许吧。Sakti3 已从日本工业家、伊藤忠商事、Khosla Ventures、通用汽车和密歇根州等支持者那里筹集了 $30M 的研发资金。

Sakti3 声称已经开发出一种固态锂离子电池，其生产方法与太阳能电池和平板电视显示器类似。这种真空沉积技术有可能为 Sakti3 提供廉价而快速的制造工艺。目前，该公司正在密歇根州的一条小型试验生产线上生产电池，希望在未来几年内实现商业化。

但也有障碍。要大规模生产，制造成本会成倍增加，成本也会更高。制造工作尺寸的电池以及大量电池也带来了重大挑战。人们怀疑固态电池能否提供当今汽车所需的快速加速，这是过去固态电池的支持者无法解决的问题。人们质疑这种电池能否承受极端温度。它们是否足够坚固，能够承受道路的严酷考验？其他公司也参与了这场竞争，包括丰田和科罗拉多州的 Solid Power Battery 和加利福尼亚州的 Seeo 等新贵。其他公司，如 Planar Energy，已经认输了。

Sakti3 的目标是首先为智能手机制造固态电池，使其使用寿命延长一倍。之后，他们将转向汽车电池组。从长远来看，Sakti3 设想固态电池用于公用事业规模的风能和太阳能存储。Frost and Sullivan 预计到 2020 年锂电池市场将达到 $764 亿，增长率高达 25%。Ann Marie Sastry 知道她需要一个拥有大规模电池经验的合作伙伴。大型亚洲制造商可以提供帮助，这些制造商拥有涵盖许多领域的商品化电池格式、久经考验的测试结果，以及具有应对挑战性行业经验的营销和技术销售团队。

LG化学

韩国公司 LG Chem 最近宣布，到 2016 年，该公司将提供续航里程为 200 英里的电动汽车电池。该公司将向谁供应这种电池仍是一个谜，但最佳候选者似乎是通用汽车。通用汽车在凯迪拉克 EDR、雪佛兰 Volt 和出口的 Volt/Ampera 上都采用了 LG Chem 电池。不过，LG Chem 还向现代、起亚、沃尔沃、雷诺和福特等竞争汽车制造商供应电池。通用汽车一直在密切关注特斯拉，以了解他们计划推出的续航里程为 200 英里的汽车将如何发展（预计将于 2016-2017 年推出）。

据报道，正在开发的 200 英里电池将采用袋式包装材料来承受高温，从而提高能量密度。功率密度应提高到约 400 kWh。同时，制造成本预计将下降 30%。$14B LG Chem 当然是全球领先的锂离子电池供应商。这是该公司的主要增长领域。在过去七年中，对锂离子电池的投资增长了五倍。他们在美国、中国、日本和韩国设有四个研发机构，在韩国和中国设有三个制造工厂，全部专注于锂离子电池的生产和工程。

LG Chem 电池单元具有层压的矩形芯。他们努力最大化电池芯空间并最大限度地减少层压。到 2020 年，他们希望大幅改善目前的 1:3 比例，以增加电池芯并进一步最大限度地减少层压。LG 的化学外形为袋状。不同外形的电池各有优缺点，一些 OEM 更倾向于一种外形而不是另一种。对于混合动力电动汽车，福特使用松下的化学产品，它是圆柱形的。但是，就电池电动而言，他们使用的化学成分和外形与 LG Chem 完全不同。至于电解质，一些人认为该公司将采用固体类型，尽管也有可能使用凝胶型电解质。

该公司对自己对市场的判断充满信心，并认为 12-48 伏电池具有增长潜力。LG Chem 正在开发技术以在该领域具有竞争力。他们还与三星和松下等公司具有良好的协同作用，使他们能够与政府合作推动电池技术在化学和封装方面的发展，从而降低成本。一些人认为 2022 年最便宜的 12 伏电池将花费 170-180 欧元。

一家新的电动汽车电池工厂即将落户中国南京，以满足全球最大汽车市场日益增长的需求。南京工厂预计于 2015 年底竣工，将为中国汽车制造商上汽集团、观致汽车等提供服务。最近，LG 化学与中国国有企业南京紫金科技孵化园区建设发展有限公司和南京新产业投资集团有限公司联手，共同生产电动汽车电池。LG 在该合资企业投入巨资，预计到 2020 年将实现 $1T 的收入。

LG化学与3M和松下一样，有意将硅基阳极电池引入市场，它们可能会成为激烈的竞争对手。NCA（镍钴铝）很可能是阴极采用的材料之一。许多公司都希望获得大学和政府资助实验室开发的技术许可。Amprius等公司已经开发了类似的技术，并急于探索将硅融入电池的多种途径。随着大大小小的公司在这个高风险的电池战场上占据主导地位，专利冲突肯定会出现。

江森自控

江森自控是全球最大的电池制造商，在全球 50 家工厂拥有 15,000 名员工，每年为汽车制造商和零售商供应行业三分之一（1.4 亿多）的电池。其中包括混合动力汽车和电动汽车电池。江森自控一直在开发其 NMC 电池化学，旨在赢得一些全球最大的汽车合同，尽管他们不愿专门为电动汽车电池市场建厂。AESC 是与日产汽车公司和 NEC 合作成立的，是唯一一家由汽车制造商直接拥有的锂离子电池制造商。该公司生产了大量电池，尤其是日产聆风。

2012 年，江森自控以 $125M 的价格收购了 A123 Systems。这些资产包括产品和现有合同、锂离子电池技术、密歇根州的工厂、中国的阴极射线工厂以及一家中国电池公司的股权。该公司最终被迫寻求破产保护。

此后，江森自控一直蓬勃发展。2015 年的预测显示，该公司将在中国实现高利润率和持续增长的巨大机遇，2014 年，该公司在中国生产了超过 $8B。江森自控最近在重庆市开设了一家新的 $154M、占地 133,000 平方英尺的电池工厂，预计每年生产多达 600 万块电池。

汽车公司

最近， 大众 与三洋合作开发了一种电池，其输出功率可能是以前电池的四倍。该电池采用大众技术开发，可提供 80 千瓦时的电量。业内人士认为，这是一种处于开发初期的锂空气电池。

据估计 特斯拉 到 2017 年将消耗 20 亿个锂离子电池。Model S 和 Model X 均采用 18650 电池。Model S 拥有电动汽车中最大的电池（85 kWh），可提供最长的行驶里程。动力系统采用江森自控的 NMC 锂离子系统，该系统也用于电动自行车、军用和医疗设备以及电动工具。到 2020 年，特斯拉可能会转向使用碳化硅电力电子器件来节省成本。碳化硅是一种宽带隙材料，效率更高，可以为 Model S 节省高达 20% 的功率。这意味着电池成本可能降低 $6,000。

通用汽车 正在与电力研究所和其他 15 家公用事业公司合作，打造“智能”插电式汽车充电系统。宝马、本田、三菱、福特、丰田、梅赛德斯-奔驰和克莱斯勒也是该联盟的成员。总体概念是启动一个“按需充电”系统，允许公用事业公司和插电式汽车进行通信，以便在高峰时段减少汽车充电，从而降低能源费用。随着道路上插电式汽车的数量稳步增加，对该系统的需求也随之增加。汽车制造商希望创建一个与任何插电式汽车兼容的开放平台。

宝马 为其现有车型提供大量充电选项，包括 SAE 组合快速充电器和太阳能充电端口。在最近于加利福尼亚州圣何塞举行的插电式汽车会议上，宝马推出了一款新型 iDC 快速充电装置和他们所谓的 ChargeNow DC 快速计划。宝马的 iDC 快速充电器比同级别的其他充电器更小巧、更便宜。组合连接器使其与大众、雪佛兰、福特和其他电动汽车兼容。iDC 快速充电器可在 30 分钟内将车辆充满电。可通过 ChargePoint 或 ChargeNow 卡访问充电器。宝马将在参与的 NRG eVgo Freedom Stations 为司机提供免费充电服务，直至 2015 年底，前提是他们在 2014 年底前首次使用该卡。到 2016 年，加利福尼亚州将有 50 个充电器可用。

丰田 目前正在研究固态电池的可能性以及锂空气技术，并计划在 2020 年前取代锂离子电池。此外，该汽车制造商将很快在日本推出 Mirai，这是一款由氢燃料电池驱动的电动汽车。

日产 日产汽车公司一直与日本各大高校合作开发一种分析方法，可以直接观察锂离子电池在充电和放电过程中阴极材料中的电子活动。这可能会带来高容量、耐用的电池的诞生，有助于延长零排放电动汽车的续航里程。新的分析方法结合了利用 L 吸收边的 X 射线吸收光谱和日本地球模拟器超级计算机的第一个主要计算。正在分析的富锂材料有望将能量密度提高 50%。据指出，在高电位状态下，氧气中的电子在充电过程中处于活跃状态。同时，锰电子在放电反应过程中处于活跃状态。日产汽车公司认为这是朝着最终开发富含锂的电极材料迈出的一大步，这种电极材料可以生产出寿命更长的高容量电池。

锂离子电池：安全、政治和专利问题

安全问题

尽管锂离子电池在全球市场上大获成功，但人们对电池本身的安全问题也产生了担忧。例如，2006 年，索尼被迫召回 6M 电池，其故障率为 1:200,000。索尼表示，微小的金属颗粒可能会与电池接触，从而导致短路和起火。此后，该比率已降至 1:10,000,000。据报道，仓库火灾并不罕见。人们还担心电池会快速拆卸并可能出现内部短路。

雪佛兰 Volt 曾出现与锂离子电池相关的起火问题。NHTSA 已对一个电池组进行了碰撞测试，但在最初测试数周后，该电池组在储存区起火。后续测试重现了该场景，并发生了更多起火事件。美国国会议员质问通用汽车和 NHTSA 官员，为什么 NHSTA 在事故发生 5 个月后才报告事故。

政治问题

政府的干预和监管经常影响混合动力/电动汽车电池行业的进步。绿色技术本身往往是那些坚持现有石油能源经济的人和那些希望推动更进步的环境议程的人之间的分歧问题。

中国有一项旨在推广电动汽车的国家政策，尽管它并没有像预期的那样成功。一些人认为，如果政府选择加大压力，让更多的电动汽车上路，他们可以通过税收和有吸引力的激励措施来实现这一目标。需要正确的经济平衡和激励方案来促进他们想要的更高销量。

美国能源部 (DOE) 希望到 2020 年将石油进口量减少一半。他们还希望汽车排放量比 2005 年减少 17%。为此，他们希望氢燃料电池、电池升级、汽车电气化创新和生物燃料能够帮助他们实现目标。这一切都列在他们的 2014-2018 年战略计划 美国能源部最近发布的一份文件指出，许多公司将获得政府资金支持，以实现这些目标。作为美国能源部五年计划的一部分，希望风能、太阳能和地热能等可再生能源能在既定时间内产出翻番，从而不可避免地促成一些公私合作。

税务员来了……威斯康星州交通部长马克·戈特利布敦促对混合动力汽车和电动汽车车主征收 $50 的登记费。这是他 2014 年 11 月 14 日预算请求的一部分。戈特利布部长认为这些车主应该“支付我们基础设施运营成本的公平份额”。如果获得批准，威斯康星州将加入其他五个美国州（北卡罗来纳州、内布拉斯加州、科罗拉多州、弗吉尼亚州、华盛顿州），这些州已经向绿色汽车车主征税，以收回这些司机原本不会支付的汽油税收入。然而，一些人认为拟议的税收只是惩罚那些没有使用太多石油的司机。

为吸引埃隆·马斯克的 $5B 超级电池工厂落户亚利桑那州、德克萨斯州、内华达州或新墨西哥州，竞争异常激烈。据估计，这笔交易涉及数十亿美元的直接投资和多达 6,500 个新工作岗位。作为诱饵，政客们用承诺和纳税人的钱来讨好对方。让事情变得更加复杂的是，许多美国州都发起了立法努力，阻止特斯拉直接向其客户销售产品。明尼苏达州和马萨诸塞州一直对特斯拉持友好态度，但纽约州、俄亥俄州和新泽西州表现出了明显的抵制情绪。

德克萨斯州州长里克·佩里从汽车经销商那里获得了超过 $300K 的政治捐款，他甚至在去年 6 月驾驶特斯拉 Model S 穿过萨克拉门托，以此作为政治噱头，旨在给特斯拉留下深刻印象。但这并没有奏效。最终，内华达州于 2014 年 9 月赢得了这一奖项，并将成为特斯拉新超级工厂的所在地。据报道，该州之所以被选中，是因为它与特斯拉附近的加州工厂和内华达锂矿都很接近。$1.25B 的激励方案当然没有损害内华达州的说服努力。

在加州，州政府部门正在制定计划，力争到2025年让150万辆零排放汽车在加州高速公路上行驶。最近，加州能源委员会投票决定在2015年底前为28座加氢站和一辆移动加氢车投入近$50M。

充电站——建立基础设施

“里程焦虑”导致潜在的绿色汽车购买者望而却步，因为他们在需要充电之前可以行驶的距离很短。除此之外，还有一个问题，即在哪里为混合动力/电动汽车充电。随着行业的发展和成长，需要有配套的充电站基础设施，以满足道路上越来越多的电动汽车的需求。

截至目前，大多数充电站都位于大城市附近。据估计，全球有几千个这样的充电站。大多数人都同意，需要一些私营部门的资金投入来开发基础设施并鼓励更多人购买电动汽车。由于目前电动汽车的续航里程相当有限，这种需求更加迫切。绿色汽车司机也肯定会要求更快的充电时间。

预计到 2020 年，充电市场每年将翻一番。新开发的无线充电将使事情变得更简单，允许驾驶员将车停在地面传感器上，轻松快速地为车辆充电，无需连接电线。据悉，有 10 家汽车制造商正在测试无线系统，其中许多汽车制造商将在其车辆中内置无线充电系统。大众汽车可能在 2017 年之前安装感应系统。到 2020 年底，无线充电装置的销量可能超过 35 万台。

Evatran 是一家曾与杜克能源、赫兹和谷歌合作的公司，也是第一家获得 Plugless L2 无线系统 ETL 认证的公司。Evatran 的系统与雪佛兰 Volt 增程型插电式汽车和日产聆风电池/电动车兼容，利用磁场和感应电能从地板垫向车载适配器充电。迄今为止，尚未报告任何安全事故。

专利问题

自从 90 年代初镍氢电池化学问世以来（这种化学对于当今混合动力汽车的发展至关重要），人们就一直猜测美国汽车电池联盟被汽车行业用来阻碍电动汽车技术和发展。实现这一目标的方法之一是不允许向公众提供适用专利知识。这些专利属于 Ovonics 创始人 Stan Ovshinsky。他声称汽车行业错误地认为镍氢电池技术尚未成熟。到 94 年，通用汽车控制了 Ovonics 并获得了制造大型镍氢电池的专利。后来，在 2001 年，德士古收购了通用汽车在 Ovonics 的股份，然后雪佛龙收购了德士古。阴谋越来越复杂。

到 2003 年，Texaco Ovonics 与 Energy Conversion Devices Ovonics 合并成为 Cobasys。雪佛龙持有 ECD Ovonics 的 19.99% 权益，并拥有否决权，可否决任何镍氢电池技术的许可或销售。雪佛龙还认为，如果 ECD Ovonics 不履行合同义务，他们有权获得 Cobasys 的知识产权。雪佛龙是否通过控制专利许可来限制竞争，从而拒绝获得大型镍氢电池？Ovshinsky 认为，ECD Ovonics 与一家打算让他们破产的石油公司做生意是错误的。

此外，Envia Systems 还遭到前高管的起诉，他们认为该公司错误地使用了其技术，并将另一家公司的技术误认为是自己的技术。这一切都是为了向通用汽车供应高能量密度电池。

特斯拉最近成为新闻焦点，向所有人开放其专利。一些投资者和电动汽车爱好者对此消息表示热烈欢迎，而其他人则不以为然。一些人认为，专利本身只能提供有限的信息。此外，随着新产品和新技术的出现，它们很快就会成为旧闻。尽管对特斯拉的提议反应不一，但有传言称日产和宝马于 2014 年 6 月与特斯拉秘密会面，讨论充电技术。宝马证实了这次会面。本田和通用汽车对伊隆马斯克的提议不感兴趣。丰田、克莱斯勒和福特对此事保持沉默。据说马恒达正在研究特斯拉的专利，看看这些专利是否有助于其在不丹开发电动 Vento 轿车。

未来几年，电池技术和性能将继续进步，以满足私营和商业部门的经济需求。环境法规将为制造商带来挑战，因为他们在努力满足监管要求的同时，还要提供更大的 EV/PHV 续航里程和可靠性。混合动力汽车和电动汽车不可避免地会继续存在，争夺电池未来的战斗也将继续下去。只有实力强大和真正创新的企业才能生存下来，许多人将被淘汰，但 2020 年……2030 年……及以后将会发生什么，这激发了业内最优秀人才和梦想家的想象力。他们将取得突破，让我们的电池驱动未来达到最佳状态。

本文所用到的部分信息来自以下来源。（具体实例和参考资料可根据要求提供）：

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