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建設・農業・鉱山機械のバッテリー市場 2024-2034Battery Markets in Construction, Agriculture & Mining Machines 2024-2034 建設・農業・鉱業（CAM）業界における電化が進んでいる。建設業界では現在、多くの生産用電気機械が稼動しており、農業や鉱業も間もなくこれに続く。このような電動化の進展は、セルメーカーやバッテリーパッ... もっと見る
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サマリー
建設・農業・鉱業（CAM）業界における電化が進んでいる。建設業界では現在、多くの生産用電気機械が稼動しており、農業や鉱業も間もなくこれに続く。このような電動化の進展は、セルメーカーやバッテリーパックメーカーにとって新たな市場機会をもたらす。本レポートによると、CAM産業全体のバッテリー需要は、2034年には53.6GWhに達すると予想されている。これは、2034年には78億米ドルの産業に相当し、10年間のCAGRは27.1%である。
CAMマシンの電動化には、10kWhから2MWhまでの幅広いバッテリーサイズと、幅広い性能、安全性、寿命の要件が必要である。従来、バッテリー開発では、自動車メーカーが航続距離の長いEVを製造したり、バッテリーパックを物理的に小型軽量化したりできるように、重量密度と体積密度を高めることが優先されてきた。ほとんどのCAMマシンのサイズと重量は、エネルギー密度が問題ではないことを意味する。既存のディーゼル・マシンの多くは、バランスと安定性のためにコンクリート・バラストを利用している。したがって、EV CAMマシンの優先順位とニーズは、コスト、安全性、寿命により重点を置いている。このレポートでは、CAMマシンが必要とするバッテリーの要件と、既存および今後のバッテリー技術がどのようにその要件を満たすことができるかを詳しく見ていきます。
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電気CAM装置のバッテリーサイズ 出典：IDTechEx
CAM市場におけるNMC/LFP
世界のバッテリー市場は現在、NMC（ニッケルマンガンコバルト）とLFP（リン酸第一鉄リチウム）正極が主流で、リチウムを電荷担体とし、グラファイト負極を使用しています。これはCAM市場でも変わらない。Forsee、Accelera、CATLなどのターンキー・バッテリー・パック・メーカーの製品は、NMCとLFPのオプションが主流である。これらの技術は、100-200Wh/kgの範囲のパックレベルのエネルギー密度、300-400Wh/Lの範囲の体積エネルギー密度を提供し、多くのアプリケーションを満たすのに十分なサイクル寿命を持つ。
「建設・農業・鉱山機械のバッテリー市場 2024-2034」は、CAM市場全体でLFPとNMCが使用されていることを発見した。また、機械がLFPとNMCのどちらを使用する可能性が高いかに影響する傾向があることも分かった。どちらのケミストリも非常に優れたエネルギー密度を提供するが、NMCは体積密度が高いため、物理的に小さなパックを作ることができ、2トンショベルなどの小型機械に組み込むのが容易である。一方、LFPは一般的に密度が低いが、NMCより安価である。このため、重量と体積の増加を許容でき、コスト削減が評価される大型機械では、LFPがより一般的な選択肢となる。エネルギー密度とコスト圧力に加えて、LFPとNMCの選択は地理的な影響も受ける可能性がある。
LFPとNMCに加え、今後数年間で電池市場に登場する技術は他にも数多くある。本レポートでは、IDTechExが追加された8種類のバッテリー化学物質の利点と欠点を分析し、その性能特性と欠点をCAM市場全体の15車種のニーズに合わせている。
LTOと運搬トラック
チタン酸リチウム（LTO）は、黒鉛に代わる負極技術であるが、正極はNMCまたはLFPのままである。LTOは黒鉛負極のセルほどエネルギー密度は高くないが、非常に安定した堅牢な化学物質である。サイクル寿命が非常に長く、急速充電にも対応している。エネルギー密度が低いため、すべてのEV CAMマシンに適合するわけではないが、密度の低さを克服できるマシンは、充電と長寿命という大きなメリットを享受できる。
運搬トラックは、LTOバッテリーの利点を活用できる機械の代表例である。運搬トラックは1日20時間稼働する必要があり、ダウンタイムはほとんどありません。10年以上の寿命があり、その後12,000回以上のサイクルが要求される運搬トラックは、電化が困難な車両である。しかし、LTOがその一助となるだろう。LTOバッテリーはわずか3分で充電でき、ダウンタイムを最小限に抑えることができる。寿命も問題ではなく、ABBのようなパックメーカーは、寿命が尽きるまで4万サイクルはもつと見積もっている。
シリコン負極電池と農業
黒鉛負極にシリコンを添加することは、電池会社が電池のエネルギー密度を高めようとしている方法の一つである。シリコンは合金化反応によってリチウムを貯蔵するため、非常に高いエネルギー密度が期待できるが、寿命に関する課題も生じる。シリコンはリチウム化すると膨張し、充放電サイクルによって膨張が繰り返されると、時間とともに負極が劣化する。現在の先進的なシリコン・セル（重量比10～50％のシリコンを使用）の例では、1,000サイクルを超えるサイクル寿命に苦労している。多くのCAM用途では、これでは不十分である。機械はその寿命の間に何度も交換が必要になる可能性があり、総所有コストが高くなりすぎる。
しかし、シリコンアノードは農業の分野では利用できるかもしれない。大型の農業機械の中には、毎年数週間しか畑に行かないものもある。さらに、荒れた地形やぬかるんだ地形での作業や、重機を引っ張っての圃場での作業は、エネルギッシュな作業である。本レポートによると、電気トラクターは、建設や鉱業における同サイズの機械よりも約50％多くのエネルギーを必要とするため、シリコン陽極技術の追加エネルギー密度は非常に価値がある可能性がある。
このIDTechExレポートは、CAMセクターの200以上の電気機械とターンキーバッテリーパックサプライヤーの200近くの製品を組み合わせたデータベースを調査している。このレポートでは、15の異なるタイプの機械の個々のニーズと、NMC、LFP、LTO、ナトリウムイオン、ソリッドステートバッテリー、シリコン負極バッテリー、リチウムメタルバッテリーなど10種類のバッテリー技術のメリットを考察しています。これらの組み合わせにより、建設、農業、鉱業の各分野の機械に最適なバッテリーを推奨している。レポートの最後には、CAM市場におけるこれらの技術の成長を予測し、今後10年間の市場規模と分布を評価しています。
主要な側面
本レポートは、建設、農業、鉱業向けバッテリー市場に関する重要な市場情報を提供します。内容は以下の通りです：
目次
Summary
この調査レポートは、2024-2034年の建設・農業・鉱山機械のバッテリー市場について詳細に調査・分析しています。
主な掲載内容（目次より抜粋）
Report Summary
Electrification in the construction, agriculture, and mining (CAM) industries is growing. The construction industry now has many production electric machines, with agriculture and mining soon to follow. With this growth in electrification comes a new market opportunity for cell manufacturers and battery pack makers. In total, this report finds that battery demand across all CAM industries is expected to reach 53.6 GWh in 2034. This equates to an industry valued at US$7.8 billion in 2034, representing a 10-year CAGR of 27.1%.
Electrifying CAM machines requires a wide range of battery sizes, from 10kWh to 2MWh, and a wide range of performance, safety and longevity requirements. Traditionally, the priority in battery development has been increasing gravimetric and volumetric densities, allowing auto-makers to build EVs with longer range, or physically smaller and lighter battery packs. The size and weight of most CAM machines means energy density is not a concern. Lots of existing diesel machines even utilize concrete ballast for balance and stability. Hence the priorities and needs of EV CAM machines are more focused on cost, safety, and longevity. This report takes a close look at the battery requirements that CAM machines have and how the existing and upcoming battery technologies can meet those demands.
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Electric CAM Equipment Battery Sizes. Source: IDTechEx
NMC/LFP Across the CAM Market
The global battery market is currently dominated by NMC (nickel manganese cobalt) and LFP (lithium ferrous phosphate) cathodes with lithium as the charge carrier and a graphite anode. This is no different in the CAM markets. The products from turnkey battery pack manufacturers like Forsee, Accelera, and CATL are dominated by NMC and LFP options. These technologies offer pack level energy densities in the range of 100-200Wh/kg, volumetric energy densities in the 300-400Wh/L range, and enough cycle life to meet many applications.
"Battery Markets in Construction, Agriculture & Mining Machines 2024-2034" finds that LFP and NMC are used throughout the CAM markets. The report also finds that there are trends which impact whether a machine is more likely to use LFP or NMC. Although both chemistries offer very good energy density, the extra volumetric density of NMC means that it can make physically smaller packs, which can be easier to integrate in smaller machines, such as 2-tonne excavators. LFP on the other hand is typically less dense, but cheaper than NMC. This makes it a more common choice for larger machines, where the additional weight and volume can be tolerated and the cost savings are appreciated. In addition to energy density and cost pressures, the choice of LFP or NMC might also be impacted be geography, with some regions having better availability than others.
In addition to LFP and NMC, there are many other technologies coming to the battery market over the next few years. In this report IDTechEx analyzes the benefits and drawbacks of eight additional battery chemistries, and aligns their performance attributes and drawbacks with the needs of 15 vehicle types across the CAM markets.
LTO and Haul Trucks
Lithium titanate (LTO) is an alternative anode technology, replacing the graphite but keeping either an NMC or LFP cathode. LTO doesn't have as high energy density as cells with a graphite anode, however, it is a very stable and robust chemistry. It can provide very high cycle life and supports very quick re-charging. Its lack of energy density means that it is not compatible with all EV CAM machines, but those that can manage the lack of density stand to benefit from its significant charging and longevity advantages.
Haul trucks are a prime example of a machine that could leverage the advantages of an LTO battery. Haul trucks need to operate for 20 hours per day, with very little downtime. Combined with a life expectancy of more than ten years, and subsequently a requirement of more than 12,000 cycles, haul trucks are a tough vehicle to electrify. However, LTO could help. LTO batteries can be charged in as little as three minutes, minimizing downtime. Longevity is also not an issue, with pack manufacturers like ABB estimating that their packs will last 40,000 cycles before end of life.
Silicon Anode Cells and Agriculture
Adding silicon to the graphite anode is one way in which battery companies are looking to increase the energy density of cells. Silicon stores lithium through an alloying reaction, which gives it the potential for very high energy density, but also creates challenges around longevity. As the silicon becomes lithiated it swells, and over time the repeated swelling caused by charge and discharge cycles causes the anode to deteriorate. Current examples of advanced silicon cells (with 10-50% silicon by weight) struggle to exceed cycle lives of more than 1,000 cycles. For many CAM applications this is simply insufficient. The machines could need multiple replacements over their lifetimes making the total cost of ownership too high.
However, silicon anodes could have a place within agriculture. Some large farming machines only see the fields for a few weeks each year, meaning even over a 10-20 year lifespan they will require far fewer charge and discharge cycles than say an excavator. Additionally, operating over rough/muddy terrain, pulling heavy equipment through the field is energetic work. This report finds that electric tractors need approximately 50% more energy than equivalently sized machines in construction and mining, making the additional energy density of silicon anode technologies potentially very valuable.
This IDTechEx report examines a database of over 200 electric machines from the CAM sectors, combined with nearly 200 products from turnkey battery pack suppliers. It considers the individual needs of 15 different machine types, and the merits of ten battery technologies, including; NMC, LFP, LTO, sodium-ion, solid-state batteries, silicon anode batteries, lithium-metal batteries, and more. These combine to give recommendations for the best battery fit for each of the machines across construction, agriculture and mining industries. The report concludes with forecasts for the growth of these technologies within the CAM market, evaluating the market size and distribution over the next 10 years.
Key aspects
This report provides critical market intelligence on battery markets for construction, agriculture, and mining. This includes:
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