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シリコン負極電池の技術と市場2025-2035年:プレーヤー、技術、用途、市場、予測


Silicon Anode Battery Technologies and Markets 2025-2035: Players, Technologies, Applications, Markets, Forecasts

IDTechExは、シリコン負極市場が2035年までに150億米ドルを超えると予測しています。これは、より高いエネルギー密度と高速充電バッテリーの需要と、シリコン負極材料、技術、生産能力に対する関心と投資の高... もっと見る

 

 

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IDTechEx
アイディーテックエックス
2024年11月21日 US$7,000
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サマリー

IDTechExは、シリコン負極市場が2035年までに150億米ドルを超えると予測しています。これは、より高いエネルギー密度と高速充電バッテリーの需要と、シリコン負極材料、技術、生産能力に対する関心と投資の高まりが原動力となっています。本レポートでは、シリコン負極技術、シリコン負極市場、主要企業、新興企業について詳細な分析と考察を行い、生産展望、地域別・用途別のGWh、kt、US$別の予測を掲載しています。
 
市場展望
電気自動車用電池市場は、電気自動車用電池市場の基礎的規模、および高エネルギー密度と高速充電の電池技術に対するニーズを考えると、シリコン負極の最大の対応可能市場である。酸化シリコンは、すでに一部のBEVモデルに低重量パーセントで組み込まれている。しかし、シリコン負極材の重量比は市場の約1%に過ぎない。より高性能のリチウムイオン電池に対する需要の増加とシリコン負極技術の改善により、シリコン負極材のシェアはkt単位でもGWh単位でも急速に増加すると予想される。
 
世界のリチウムイオン電池需要の大半は、バッテリー式電気自動車によるものと予測される。出典:IDTechEx.
 
シリコン負極市場は拡大しており、報告書で確認された30社以上の新興企業が参入しているほか、電池市場への参入、拡大、将来性の確保を目指す既存の材料企業の関与も増えている。シリコン負極材料の生産能力は今後5年間で急速に拡大すると予想され、シリコン負極の新興企業への資金供給は2024年には45億米ドルを超え、この資金が商業規模の生産構築へと向かうと推定される。本レポートでは、主要なシリコンアノード開発企業や市場の現状、シリコンアノード生産能力の見通しについて詳述している。
 
シリコンアノードの新興企業やピュアプレイ企業の資金調達総額は、2024年には45億米ドルを超えると推定される。出典:IDTechEx.
 
テクノロジー
シリコンは、グラファイト負極の容量が360~370mAh/gであるのに対し、3600mAh/gであるため、より高いエネルギー密度の電池の可能性を長い間提供してきた。また、シリコン負極を使用することで、急速充電を含む他の特性の改善も可能である。しかし、シリコンはリチウム化すると最大300%膨張するため、電解液やリチウムの消費、電気伝導性やイオン伝導性の低下など多くの問題を引き起こし、最終的にはサイクル寿命の低下につながる。こうした問題を克服するため、数多くの技術や解決策が開発されてきた。例えば、グラファイトを少量の酸化ケイ素で置き換えることで、これらの有害な影響を最小限に抑えることができ、今日まで広く普及した唯一の解決策となっている。
 
エネルギー密度を高め、急速充電能力を向上させるために、シリコンをベースとした負極材料の使用比率を高められるような材料を開発し、商品化しようとする試みが進行中である。開発されている材料や技術には、シリコン-炭素複合材料、シリコン-グラファイト複合材料、シリコン酸化物、純シリコン材料、シリコンナノ構造などがある。開発されているさまざまなソリューションには、明確な利点と欠点があります。例えば、シリコン-炭素複合材料は、化学気相成長(CVD)プロセスによって多孔質炭素構造にシリコンを組み込んだ材料で、大きな関心を集めている。多孔質炭素構造は、シリコンの体積膨張のための空間を提供すると同時に、導電性を提供するが、蒸着プロセスの制御が難しく、製造コストが高くなり、シランガスへのアクセスを確保する必要がある。本レポートでは、シリコンアノード市場の主要プレーヤーが開発、商業化、生産しているシリコンアノード技術の分析と考察を行う。
 
性能とコスト
現在のリチウムイオン電池は、性能の限界に達し始めている。グラファイトや高ニッケルNMC/NCAをベースとする最先端のセルが示す約650Wh/lのエネルギー密度を超えるには、電極材料とセル設計の転換が必要である。わずかな量のシリコンを含む負極組成に移行することで、エネルギー密度を大幅に向上させることができ、高シリコンまたはシリコンが支配的な負極では、1000Wh/lを超えるエネルギー密度を実現することができる。レート能力と急速充電能力も、シリコンを使用することで向上させることができ、多くの企業が急速充電能力と低温性能の向上を実証している。重要なことは、さまざまなシリコン負極ソリューションを開発する企業によって、1000サイクルを超えるサイクル寿命が報告されていることである。進歩が見られる一方で、カレンダー寿命やセルの膨潤や呼吸に関する課題も残っている。
 
シリコン負極材の見通しを決定する重要な要因は依然としてコストである。各社は、グラファイトと比較してUS$/kWhレベルでコスト同等、あるいはコスト削減を目標としているが、シリコン負極材は短期的には価格プレミアムがつく可能性が高い。セルレベルの材料コストへの影響は、セルの設計や化学的性質、使用されるシリコン負極材の価格や性能、代替される黒鉛の価格など、多くの要因に左右される。
 
US$5/kgグラファイト
10米ドル/kg Gr
 
シリコン負極材の使用が負極セルのコストに与える影響(米ドル/kWh ベース)は、様々なコスト、性能、設計要因に影響される。出典 IDTechEx.
 
本レポートでは、Si-CおよびSi-Gr複合材料、シリコン酸化物、純シリコン材料など、シリコン負極技術の最新動向を概観し、シリコン負極材料の開発・生産に積極的な新興企業、純粋な企業、既存企業を取り上げている。シリコン負極市場の予測は、シリコン技術別(シリコン添加、中シリコン、高シリコン)、用途別(バッテリー電気自動車、商用EV、電子機器)、地域別(中国、米国、欧州、世界)のGWh、kt、US$で提供しています。
 
主要な側面
  • シリコン-炭素複合材料、シリコン-グラファイト複合材料、シリコン酸化物、純シリコン溶液など、シリコン負極の技術および材料の分析と考察。
  • シリコン負極の企業および開発者の分析
  • シリコン負極使用のコスト分析と影響
  • シリコン負極材の生産見通し
  • 用途別および地域別(中国、欧州、米国)のシリコン負極市場の予測
 

 



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目次

1. 要旨 1.1. シリコンアノードに関する主な要点 1.2. シリコンアノード採用の主な推進要因 1.3. シリコン負極の性能概要 1.4. 先進リチウムイオン技術の要点 1.5. リチウムイオン性能と技術年表 1.6. 主要技術開発 1.7. 一般的なセル化学物質による性能比較 1.8. 負極材料の比較 1.9. 複数の次世代シリコン負極材料設計 1.10. シリコン負極企業の技術と性能 1.11. シリコン容量がNMC 811セルのコストに与える影響 1.12. 電池技術の比較 1.13. セルのエネルギー密度と比エネルギーの改善 1.14. 技術準備レベルのスナップショット 1.15. シリコン負極からの材料機会 1.16. シリコン負極のバリューチェーン 1.17. シリコン負極と固体電池 1.18. 電池技術-スタートアップ活動 1.19. 電池技術-新興企業活動 1.20. 電池技術-地域活動のレベル 1.21. 電池技術の新興企業-地域活動 1.22. 先進リチウムイオン開発企業 1.23. 商用シリコン負極市場 1.24. シリコン負極開発における各地域の取り組み 1.25. 地域別の生産見通し 1.26. 新しい電池技術の商業化におけるリスクと課題 1.27. 新しい電池技術の商業化におけるリスクと課題 1.28. シリコン負極市場成長のプラス面とマイナス面 1.29. シリコン負極の材料タイプ別生産見通し 1.30. シリコン負極の生産量見通し(GWh) 1.31. シリコンアノードの対応可能市場 1.32. シリコンアノードの用途別世界市場予測(GWh、10億ドル) 1.33. シリコンアノードのシリコンタイプ別世界市場予測(GWh、10億米ドル) 1.34. シリコンアノードの地域別世界市場予測(GWh、10億米ドル) 1.35. バッテリー電気自動車におけるシリコン負極の世界シェア(GWh) 1.36. BEVにおけるシリコン負極の世界予測(kt、10億米ドル) 1.37. 主なシリコン負極の展望 2. リチウムイオン電池入門 2.1. リチウムイオンの重要性 2.2. 世界のEV販売台数(2011~2024年上半期) 2.3. リチウムイオン電池とは? 2.4. 正極材料 - LCOとLFP 2.5. 正極材料 - NMC、NCA、LMO 2.6. 正極の性能比較 2.7. 正極の比較 2.8. 高ニッケルおよび超高ニッケルNMCの利点 2.9. 超高濃度ニッケル正極のタイムライン 2.10. 電気自動車へのLFP採用 2.11. リチウムイオン電池の種類 2.12. 主な電池性能指標 2.13. 電気化学の定義 1 2.14. 電気化学の定義 2 3. シリコン負極技術 3.1. シリコン負極 3.1.1. 定義 3.1.2. 負極材料の考察 3.1.3. 負極材料の考察 3.1.4. シリコンの将来性 3.1.5. 合金負極材料 3.1.6. セルエネルギー密度はシリコン含有量で増加する 3.1.7. シリコン含有量と化学組成によるセルエネルギー密度の計算 3.1.8. シリコン負極材の課題 3.1.9. シリコンの比較 - ハイレベルの概要 3.1.10. 負極材料の長所と短所 3.1.11. シリコン負極には大きな利点があるが、課題もある 3.1.12. シリコン封入の解決策 3.1.13. シリコン封入の解決策 3.1.14. 主なシリコン負極材料ソリューション 3.1.15. シリコン-炭素複合材料の設計 3.1.16. シリコン-グラファイト複合材料 3.1.17. シリコン蒸着 3.1.18. 酸化シリコン材料設計 3.1.19. ナノ構造シリコン 3.1.20. シリコンポリマーとコーティング材料の設計 3.1.21. シリコン負極材の製造 3.1.22. シリコン負極特許ホルダー 3.1.23. 主なシリコン負極IPホルダー 3.1.24. シリコン負極の特許譲渡先トップ3 3.1.25. 特許譲渡先トップ3のシリコン負極技術比較 3.1.26. 高シリコン負極の価値提案 3.2. バインダー、添加剤、電解質 3.2.1. バインダー 3.2.2. バインダー - 水性 vs 非水性 3.2.3. シリコン負極用バインダー 3.2.4. 特許によるシリコン負極バインダーシステムの例 3.2.5. 特許によるシリコン負極バインダーシステムの例 3.2.6. シリコン負極バインダーシステムの例 3.2.7. シリコン負極用CNT 3.2.8. リチウムイオン電解質の紹介 3.2.9. 電解質添加剤 3.2.10. シリコン負極と固体電池 3.2.11. シリコン負極を用いたSSB - Solid Power 3.2.12. シリコン負極SSBの性能 3.2.13. ブルーカレント 3.2.14. WeLion半固体電池の特許事例(1) 3.2.15. WeLion半固体電池の特許事例(2) 3.2.16. プレリチウム化技術 3.2.17. 正極プレリチウム化添加剤 3.2.18. 銅箔の厚さの傾向 4. シリコンアノードの性能 4.1. シリコンアノードの主要指標 4.2. シリコンアノード企業の技術と性能 4.3. セル性能仕様の例 4.4. セル仕様(2022-2030年) 4.5. 市販セル化学物質の比較 4.6. セル性能データ例 4.7. セル性能データ例 4.8. セル性能データ例 4.9. ハイレートセル性能データ例 4.10. 陽極材料とハーフセル性能データ例 4.11. 市販シリコン負極仕様 4.12. 大樹SiO仕様 4.13. 酸化ケイ素の製品仕様例 4.14. Si-C製品仕様例 4.15. シリコン負極材 - Wacker Chemie 4.16. シリコン負極材 - ユミコア 4.17. シリコン負極の性能 4.18. シリコン負極の耐用年数 4.19. シリコン負極のコストメリット 4.20. シリコン負極の環境面での利点 4.21. シリコン負極の性能に関する結論 4.22. シリコン負極技術の要点 4.23. シリコン負極技術の要点 4.24. シリコン負極技術の要点 4.25. アプリケーション電池性能の優先順位 5. シリコン負極コスト分析 5.1. リチウムイオン電池のデバイス部品表への寄与 5.2. シリコン負極のコストと価格 5.3. リチウムイオン黒鉛負極の価格 5.4. シリコン負極のコスト寄与分析とグラファイトとの比較 5.5. シリコン負極セルコスト対黒鉛 5.6. シリコン負極の価格と含有率の影響 5.7. シリコン負極の価格と含有率の影響 5.8. コスト分析-シリコン負極容量の影響 5.9. NMCセルにおけるシリコンのコスト分析 5.10. シリコン負極の価格がLFPセルのコストに与える影響 5.11. コスト分析-シリコンのLFPコストへの影響 5.12. NMCとLFP電池におけるシリコン負極のコスト分析 5.13. シリコン容量がNMC 811セルのコストに与える影響 6. シリコン負極市場 6.1. 開発年表 6.1.1. 2022年のシリコン負極メーカーの動向 6.1.2. 2022年のシリコン負極メーカーの動向 6.1.3. 2023年陽極酸化ケイ素メーカーの動向 6.1.4. 2023年シリコン負極プレーヤーの動向 6.1.5. シリコンの展開と最近の動向 6.1.6. 現在のシリコン負極の用途 6.1.7. 電気自動車におけるシリコン負極 6.1.8. シリコンEV電池技術の注目すべきプレーヤー 6.1.9. シリコンとLFP 6.1.10. LFP用シリコン負極 - 推進要因と障壁 6.1.11. 民生機器におけるシリコン 6.1.12. シリコンアノードの展開スケジュール 6.1.13. シリコンアノードの商業化マイルストーン 6.1.14. シリコン負極の商業化スケジュール 6.1.15. タイムラインの例 6.1.16. 商業化スケジュールに関する議論 6.2. 市場展望 6.2.1. シリコン負極のバリューチェーン 6.2.2. シリコン負極の新興企業向けに開発中の戦略的パートナーシップと協定 6.2.3. 地域別の生産見通し 6.2.4. シリコンアノード企業 6.2.5. 商業用シリコンアノード市場 6.2.6. シリコンアノードへの既存企業の関与 6.2.7. シリコンアノードの地域活動-中国 6.2.8. シリコンアノードの地域活動-韓国 6.2.9. シリコンアノードの地域別動向-アジア太平洋地域 6.2.10. シリコンアノードの地域別動向 - 北米・欧州 6.2.11. シリコンアノードのピュアプレイ企業 6.2.12. シリコンアノードのピュアプレイ企業 6.2.13. シリコンアノード新興企業への資金調達 6.2.14. シリコンアノード新興企業 - 資金調達 6.2.15. シリコンアノード新興企業への投資家 6.2.16. シリコンアノード新興企業への投資家 6.2.17. シリコンアノード新興企業への投資家 6.2.18. 地域別シリコンアノードの動き 6.2.19. シリコンアノード新興企業の成長 6.3. 生産見通し 6.3.1. シリコン負極の生産計画 6.3.2. シリコン負極の企業別生産見通し 6.3.3. シリコン負極の地域別生産量 6.3.4. シリコン負極材生産計画-新興企業 6.3.5. シリコン負極純生産量の見通し 6.3.6. シリコン負極材の生産量見通し(kt) 6.3.7. シリコン負極材の素材別生産量見通し 6.3.8. シリコン負極の生産量見通し(GWh) 6.3.9. 先進的シリコン負極の商業化に関する備考 6.4. シリコン負極のプレーヤープロフィール例 6.4.1. IDTechEx シリコンアノード企業指数 6.4.2. シリコンアノード - 重要な比較 6.4.3. シリコンアノード - 重要な比較 6.4.4. アンテオテックの背景 6.4.5. AnteoTech シリコンアノード 6.4.6. アンプリアスの技術 6.4.7. アンプリウス技術の性能 6.4.8. ブルーカレントの背景と技術 6.4.9. ブルーカレントの性能 6.4.10. ブルーカレントの特許例 6.4.11. テジュ電子材料 6.4.12. イーマジー 6.4.13. エネベートの技術 6.4.14. エノビックスの背景と技術 6.4.15. エノビックスのセル性能 6.4.16. フォージ・ナノ 6.4.17. Group14 Technologies 6.4.18. HPQシリコン 6.4.19. ライデンジャー・テクノロジーズの概要 6.4.20. ライデンジャー社の技術 6.4.21. Ionblox 6.4.22. Ionbloxセルの性能例 6.4.23. ナノメーカーズ 6.4.24. ナノメーカーズ・ナノシリコンパウダー 6.4.25. ネクシオン 6.4.26. ネクシオン - 特許例 6.4.27. パラクリート 6.4.28. シラ ナノ - 背景と技術 6.4.29. シリコン負極材料の考察 6.4.30. シリコン負極に関する結論 7. 予測 7.1. 対応可能な総市場 7.2. 電気・電子機器の出力範囲 7.3. 対応可能市場-リチウムイオン需要(GWh) 7.4. 対応可能市場 - 電気自動車タイプ 7.5. 世界のBEV化学シェア見通し 7.6. 予測方法 7.7. 価格予測 7.8. 電気自動車用シリコン負極の世界シェア(GWh) 7.9. BEVにおける負極シリコンの世界予測(GWh) 7.10. BEVにおける負極シリコンの世界予測(kt、10億米ドル) 7.11. 中国のBEV用シリコン負極の予測(GWh) 7.12. BEVにおける中国負極シリコン予測 (kt、10億米ドル) 7.13. 電気自動車用シリコン負極の米国予測 (GWh) 7.14. BEVにおける米国シリコン負極の予測 (kt、10億米ドル) 7.15. 電池式電気自動車における欧州の負極シリコン予測 (GWh) 7.16. BEVにおける欧州のシリコンアノード予測 (kt、10億米ドル) 7.17. 商用車用シリコンアノードの世界予測(GWh) 7.18. 商用車用シリコン負極材の地域別予測(GWh) 7.19. 商用車用シリコン負極材の世界予測(kt) 7.20. 商用車用シリコン負極材の地域別予測(kt) 7.21. 商用車用シリコン負極材の世界予測(億米ドル) 7.22. 商用電気自動車におけるシリコン負極材の地域別予測(億米ドル) 7.23. 電子機器用シリコンアノードの世界予測(GWh) 7.24. 電子デバイスにおけるシリコンアノードの地域別予測(GWh) 7.25. 電子デバイスにおけるシリコンアノードの世界予測(kt) 7.26. 電子デバイスにおけるシリコンアノードの世界予測(億米ドル) 7.27. シリコンアノードの用途別世界予測 (GWh、10億米ドル) 7.28. シリコンアノードのシリコンタイプ別世界予測(GWh、10億米ドル) 7.29. シリコンアノードの地域別世界市場予測 (GWh、10億米ドル) 7.30. 需要と予測の見通し 7.31. シリコンアノードのデータ予測(GWh) 7.32. シリコンアノードのデータ予測 (kt) 7.33. シリコン負極データの世界予測(億米ドル) 8. 企業プロファイル 8.1. アルケゲン 8.2. アンプリウス 8.3. アンプリウス・テクノロジーズ 8.4. ベストグラフェン 8.5. ブルーカレント ?アップデート 8.6. BTR新素材グループ 8.7. CENSマテリアル 8.8. イーマジー 8.9. エノビックス 8.10. フォージナノ 8.11. GDI 8.12. ゴティオン 8.13. グループ14テクノロジーズ 8.14. ハンソル化学 8.15. イリカ 8.16. イオンブロックス 8.17. イオンミネラルテクノロジーズ 8.18. ライデンジャー・テクノロジーズ 8.19. ナノメーカーズ 8.20. ナノラミックラボラトリーズ 8.21. ナノリアル 8.22. NIO(バッテリー) 8.23. ワンディー・バッテリー・サイエンシズ 8.24. プロロジウム 8.25. サムスンSDI(電池) 8.26. 上海普泰来 8.27. シャンシャンテクノロジー 8.28. シコナ・バッテリー 8.29. シラ・ナノテクノロジーズ 8.30. ソリッドパワー 8.31. ストアドット 8.32. ストアドット電池開発AI  

 

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Summary

この調査レポートでは、シリコン負極技術、シリコン負極市場、主要企業、新興企業について詳細な分析と考察を行い、生産展望、地域別・用途別のGWh、kt、US$別の予測を掲載しています。
 
主な掲載内容(目次より抜粋)
  • リチウムイオン電池入門
  • シリコン負極技術
  • シリコン負極の性能
  • シリコン負極コスト分析
  • シリコン負極市場
  • 予測
  • 企業プロファイル
 
Report Summary
IDTechEx forecast the market for silicon anodes to exceed US$15 billion by 2035, driven by demand for higher energy density and faster charging batteries and growing interest and investment into silicon anode materials, technologies, and production capacity. This report provides in-depth analysis and discussion of silicon anode technologies, the silicon anode market, key players and start-ups, provides a production outlook, and forecasts by region and application by GWh, kt and US$.
 
Market landscape
The battery electric car market represents the largest addressable market for silicon anodes given the underlying size of the battery market for electric cars as well as their need for higher energy density and faster charging battery technologies. Silicon oxides are already being incorporated at low weight percentages in some BEV models. However, by weight, silicon anode materials represent only approximately 1% of the market. Driven by increasing demand for higher performance Li-ion batteries and improvements in silicon anode technology, the share of silicon anode material is expected to increase rapidly by both kt and GWh.
 
The majority of global Li-ion battery demand is forecast to come from battery electric cars. Source: IDTechEx.
 
The silicon anode market is expanding with 30+ start-ups identified in the report as well as increasing involvement from established materials companies aiming to enter, expand and future-proof their presence in the battery market. Production capacity for silicon-based anode materials is expected to grow rapidly over the next 5 years, while funding into silicon anode start-ups is estimated to have exceeded US$4.5 billion 2024 with this capital making its way to constructing commercial scale production. The report details key silicon anode developers and companies, the current state of the market, provides an outlook for silicon anode production capacity.
 
Total funding for silicon anode start-ups and pure-play companies is estimated to have exceeded US$4.5 billion in 2024. Source: IDTechEx.
 
Technologies
Silicon has long offered the potential for higher energy density batteries due to its capacity of 3600 mAh/g compared to the 360-370 mAh/g available from graphite anodes. Improvements to other characteristics, including fast charging are also possible with the use of silicon anodes. However, silicon expands by up to 300% when lithiated, causing numerous issues, from electrolyte and lithium consumption, to loss of electrical and ionic conductivity, which ultimately leads to low cycle life. To overcome these issues, numerous technologies and solutions have been under development. For example, the replacement of graphite with a small amount of silicon oxide can minimize these detrimental effects and has to date been the only solution to gain widespread traction, but using low amounts of silicon also reduces the performance benefits on offer from silicon.
 
Attempts are underway to develop and commercialize materials that enable higher percentages of silicon-based anode material to be used in order to increase energy density and enhance fast charge capability. Materials and technologies being developed include silicon-carbon composites, silicon-graphite composites, silicon oxides, pure silicon materials and silicon nanostructures. The different solutions being developed can offer distinct advantages and disadvantages. For example, silicon-carbon composites have attracted significant interest with materials typically incorporating silicon into porous carbon structures via a chemical vapor deposition (CVD) process. The porous carbon structure provides space for the volume expansion of silicon whilst providing electrical conductivity but controlling the deposition process can be difficult, production can be expensive, and access to silane gas needs to be ensured. This report provides analysis and discussion of the silicon anode technologies being developed, commercialized, and produced, by major players in the silicon anode market.
 
Performance and cost
The current iteration of Li-ion batteries are starting to reach their performance limits. Shifts in electrode materials and cell designs are necessary to move beyond energy densities of around 650 Wh/l exhibited by state-of-the-art cells based on graphite and high-nickel NMC/NCA. Moving toward anode compositions with even modest quantities of silicon can improve energy density significantly, while high-silicon or silicon-dominant anodes could enable energy densities above 1000 Wh/l. Rate capability and fast-charge capability can also be enhanced through the use of silicon with numerous players demonstrating improved fast charge capability and low-temperature performance. Importantly, cycle lives toward and in excess of 1000 cycles are being reported by various companies developing different silicon anode solutions. While progress is being made, challenges regarding calendar life or cell swelling and breathing remain.
 
Cost remains a critical factor in determining the outlook for silicon anode materials. While companies are targeting cost parity or even savings, compared to graphite on a US$/kWh level, silicon anode material is likely to come at a price premium in the short-term. The impact on cell level material costs is then dependent on many factors, including cell design and chemistry, the price and performance of silicon anode materials used, and the price of graphite being replaced, amongst other factors.
 
US$5/kg Gr
US$10/kg Gr
 
The impact of silicon anode material use on anode cell cost on a US$/kWh basis will be influenced by various cost, performance and design factors. Source: IDTechEx.
 
The report provides an overview of the latest developments to silicon anode technologies, including to Si-C and Si-Gr composites, silicon oxides, and pure silicon materials, and covers the start-ups, pure-play, and established companies active in developing and producing silicon anode materials. Forecasts for the silicon anode market are provided by silicon technology (silicon-additive, mid-silicon, high-silicon), application (battery electric cars, commercial EVs, and electronic devices), and region (China, US, Europe, global) by GWh, kt and US$.
 
Key aspects
  • Analysis and discussion of silicon anode technologies and materials, including silicon-carbon composites, silicon-graphite composites, silicon oxides, and pure silicon solutions.
  • Analysis of silicon anode companies and developers
  • Cost analysis and impact of silicon anode use
  • Production outlook for silicon anode material
  • Forecast of silicon anode markets by applications and region (China, Europe, US) by GWh, kt and US$B


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Table of Contents

1. EXECUTIVE SUMMARY
1.1. Key takeaways on silicon anodes
1.2. Key drivers for silicon anode adoption
1.3. Si-anode performance summary
1.4. Advanced Li-ion technology key takeaways
1.5. Li-ion performance and technology timeline
1.6. Key technology developments
1.7. Performance comparison by popular cell chemistries
1.8. Anode materials comparison
1.9. Multiple next-gen silicon anode material designs
1.10. Silicon-anode company technologies and performance
1.11. Impact of silicon capacity on NMC 811 cell cost
1.12. Battery technology comparison
1.13. Improvements to cell energy density and specific energy
1.14. Technology readiness level snapshot
1.15. Material opportunities from silicon anodes
1.16. Silicon anode value chain
1.17. Silicon anodes and solid-state batteries
1.18. Battery technologies - start-up activity
1.19. Battery technologies - start-up activity
1.20. Battery technologies - level of regional activity
1.21. Battery technology start-ups - regional activity
1.22. Advanced Li-ion developers
1.23. Commercial silicon anode market
1.24. Regional efforts in silicon anode development
1.25. Regional production outlook
1.26. Risks and challenges in new battery technology commercialisation
1.27. Risks and challenges in new battery technology commercialisation
1.28. Upside and downside for silicon anode market growth
1.29. Silicon anode production outlook by material type
1.30. Silicon anode production outlook (GWh)
1.31. Addressable markets for silicon anodes
1.32. Global forecast for silicon anodes by application (GWh, US$ Bn)
1.33. Global market forecast for silicon anodes by silicon type (GWh, US$ Bn)
1.34. Global forecast for silicon anodes by region (GWh, US$ Bn)
1.35. Global silicon anode share in battery electric cars (GWh)
1.36. Global silicon anode forecast in BEVs (kt, US$ billion)
1.37. Key silicon anode outlook narratives
2. INTRODUCTION TO LI-ION BATTERIES
2.1. Importance of Li-ion
2.2. Global EV Sales, 2011 - H1 2024
2.3. What is a Li-ion battery?
2.4. Cathode materials - LCO and LFP
2.5. Cathode materials - NMC, NCA and LMO
2.6. Cathode performance comparison
2.7. Cathode comparisons
2.8. Benefits of high and ultra-high nickel NMC
2.9. Ultra-high nickel cathode timelines
2.10. LFP adoption in electric vehicles
2.11. Types of lithium-ion battery
2.12. Key battery performance metrics
2.13. Electrochemistry definitions 1
2.14. Electrochemistry definitions 2
3. SILICON ANODE TECHNOLOGIES
3.1. Silicon Anodes
3.1.1. Definitions
3.1.2. Anode materials discussion
3.1.3. Anode materials discussion
3.1.4. The promise of silicon
3.1.5. Alloy anode materials
3.1.6. Cell energy density increases with silicon content
3.1.7. Calculated cell energy density by silicon content and chemistry
3.1.8. The challenges of silicon anode material
3.1.9. Comparing silicon - a high-level overview
3.1.10. Strengths and weaknesses of anode materials
3.1.11. Silicon anodes offer significant benefits but also challenges
3.1.12. Solutions for silicon incorporation
3.1.13. Solutions for silicon incorporation
3.1.14. Key silicon anode material solutions
3.1.15. Silicon-carbon composite material designs
3.1.16. Silicon-graphite composites
3.1.17. Silicon deposition
3.1.18. Silicon oxide material designs
3.1.19. Nanostructured silicon
3.1.20. Silicon polymer and coating material designs
3.1.21. Manufacturing silicon anode material
3.1.22. Silicon anode patent holders
3.1.23. Key silicon anode IP holders
3.1.24. Top Si-anode patent assignee topics
3.1.25. Top 3 patent assignee Si-anode technology comparison
3.1.26. Value proposition of high silicon content anodes
3.2. Binders, additives, electrolytes
3.2.1. Binders
3.2.2. Binders - aqueous vs non-aqueous
3.2.3. Binders for silicon anodes
3.2.4. Example silicon anode binder systems from patents
3.2.5. Example silicon anode binder systems from patents
3.2.6. Example silicon anode binder systems
3.2.7. CNTs for silicon anodes
3.2.8. Introduction to Li-ion electrolytes
3.2.9. Electrolyte additives
3.2.10. Silicon anodes and solid-state batteries
3.2.11. SSB with silicon anode - Solid Power
3.2.12. SSB with silicon anode performance
3.2.13. Blue Current
3.2.14. WeLion semi-solid battery patent case study (1)
3.2.15. WeLion semi-solid battery patent case study (2)
3.2.16. Pre-lithiation techniques
3.2.17. Cathode pre-lithiation additives
3.2.18. Trends in copper foil thickness
4. PERFORMANCE OF SILICON ANODES
4.1. Key metrics for silicon anodes
4.2. Silicon-anode company technologies and performance
4.3. Cell performance specification examples
4.4. Cell specifications (2022-2030)
4.5. Comparing commercial cell chemistries
4.6. Example cell performance data
4.7. Example cell performance data
4.8. Example cell performance data
4.9. Example high-rate cell performance data
4.10. Example anode material and half-cell performance data
4.11. Commercial silicon anode specification
4.12. Daejoo SiO specifications
4.13. Silicon oxide example specifications
4.14. Si-C example product specifications
4.15. Silicon anode material - Wacker Chemie
4.16. Silicon anode material - Umicore
4.17. Silicon anode performance
4.18. Silicon anode calendar life
4.19. Silicon anode cost benefits
4.20. Silicon anode environmental benefits
4.21. Concluding remarks on Si-anode performance
4.22. Key takeaways on silicon anode technologies
4.23. Key takeaways on silicon anode technologies
4.24. Key takeaways on silicon anode technology
4.25. Application battery performance priorities
5. SILICON ANODE COST ANALYSIS
5.1. Li-ion battery contribution to device bill of materials
5.2. Cost and price of silicon anodes
5.3. Li-ion graphite anode prices
5.4. Silicon anode cost contribution analysis vs graphite
5.5. Silicon anode cell cost vs graphite
5.6. Impact of silicon anode price and content
5.7. Impact of silicon anode price and content
5.8. Cost analysis - impact of silicon anode capacity
5.9. Cost analysis of silicon in NMC cells
5.10. Impact of silicon anode price on LFP cell cost
5.11. Cost analysis - impact of silicon on LFP costs
5.12. Cost analysis of silicon anodes in NMC and LFP batteries
5.13. Impact of silicon capacity on NMC 811 cell cost
6. SILICON ANODE MARKET
6.1. Development timeline
6.1.1. 2022 silicon anode player developments
6.1.2. 2022 silicon anode player developments
6.1.3. 2023 silicon anode player developments
6.1.4. 2023 silicon anode player developments
6.1.5. Silicon deployment and recent developments
6.1.6. Current silicon anode use
6.1.7. Silicon anodes in electric vehicles
6.1.8. Notable players for silicon EV battery technology
6.1.9. Silicon and LFP
6.1.10. Silicon anodes for LFP - drivers and barriers
6.1.11. Silicon in consumer devices
6.1.12. Silicon anode deployment timeline
6.1.13. Silicon anode commercialisation milestones
6.1.14. Silicon anode commercialisation timeline
6.1.15. Example timelines
6.1.16. Discussion on commercialisation timelines
6.2. Market landscape
6.2.1. Silicon anode value chain
6.2.2. Strategic partnerships and agreements developing for silicon anode start-ups
6.2.3. Regional production outlook
6.2.4. Silicon anode companies
6.2.5. Commercial silicon anode market
6.2.6. Established company involvement in silicon anodes
6.2.7. Regional activity in silicon anodes - China
6.2.8. Regional activity in silicon anodes - Korea
6.2.9. Regional activity in silicon anodes - Asia-Pacific
6.2.10. Regional activity - North America and Europe
6.2.11. Silicon-anode pure-play companies
6.2.12. Silicon-anode pure-play companies
6.2.13. Funding for silicon anodes start-ups
6.2.14. Silicon anode start-ups - funding
6.2.15. Investors into silicon anode start-ups
6.2.16. Investors into silicon anode start-ups
6.2.17. Investors into silicon anode start-ups
6.2.18. Regional Si-anode activity
6.2.19. Growth in silicon anode start-ups
6.3. Production outlook
6.3.1. Silicon anode production plans
6.3.2. Silicon anode production outlook by company
6.3.3. Silicon anode production by region
6.3.4. Silicon anode production plans - start-ups
6.3.5. Pure-play silicon anode production outlook
6.3.6. Silicon anode production outlook (kt)
6.3.7. Silicon anode production outlook by material type
6.3.8. Silicon anode production outlook (GWh)
6.3.9. Remarks on advanced silicon anode commercialisation
6.4. Silicon Anode Player Profile Examples
6.4.1. IDTechEx silicon anode company index
6.4.2. Silicon anodes - critical comparison
6.4.3. Silicon anodes - critical comparison
6.4.4. AnteoTech background
6.4.5. AnteoTech silicon anode
6.4.6. Amprius' technology
6.4.7. Amprius technology performance
6.4.8. Blue Current background and technology
6.4.9. Blue Current performance
6.4.10. Blue Current patent examples
6.4.11. Daejoo Electronic Materials
6.4.12. E-magy
6.4.13. Enevate's technology
6.4.14. Enovix background and technology
6.4.15. Enovix cell performance
6.4.16. Forge Nano
6.4.17. Group14 Technologies
6.4.18. HPQ Silicon
6.4.19. LeydenJar Technologies overview
6.4.20. LeydenJar's technology
6.4.21. Ionblox
6.4.22. Ionblox cell performance examples
6.4.23. Nanomakers
6.4.24. Nanomakers nano silicon powder
6.4.25. Nexeon
6.4.26. Nexeon - patent examples
6.4.27. Paraclete
6.4.28. Sila Nano - background and technology
6.4.29. Silicon anode materials discussion
6.4.30. Concluding remarks on silicon anodes
7. FORECASTS
7.1. Total addressable markets
7.2. Power range of electrical and electronic devices
7.3. Addressable markets - Li-ion demand (GWh)
7.4. Addressable markets - electric car types
7.5. Global BEV chemistry share outlook
7.6. Forecast methodology
7.7. Price forecast
7.8. Global silicon anode share in battery electric cars (GWh)
7.9. Global silicon anode forecast in BEVs (GWh)
7.10. Global silicon anode forecast in BEVs (kt, US$ billion)
7.11. China silicon anode forecast in battery electric cars (GWh)
7.12. China silicon anode forecast in BEVs (kt, US$ billion)
7.13. USA silicon anode forecast in battery electric cars (GWh)
7.14. USA silicon anode forecast in BEVs (kt, US$ billion)
7.15. Europe silicon anode forecast in battery electric cars (GWh)
7.16. Europe silicon anode forecast in BEVs (kt, US$ billion)
7.17. Global forecast for silicon anodes in commercial electric vehicles (GWh)
7.18. Regional forecasts for silicon anodes in commercial electric vehicles (GWh)
7.19. Global forecast for silicon anode material in commercial electric vehicles (kt)
7.20. Regional forecast for silicon anode material in commercial electric vehicles (kt)
7.21. Global forecast for silicon anodes in commercial electric vehicles (US$ Bn)
7.22. Regional forecast for silicon anodes in commercial electric vehicles (US$ Bn)
7.23. Global forecast for silicon anodes in electronic devices (GWh)
7.24. Silicon anode forecast in electronic devices by region (GWh)
7.25. Global forecast for silicon anodes in electronic devices (kt)
7.26. Global forecast for silicon anodes in electronic devices (US$ Bn)
7.27. Global forecast for silicon anodes by application (GWh, US$ Bn)
7.28. Global market forecast for silicon anodes by silicon type (GWh, US$ Bn)
7.29. Global forecast for silicon anodes by region (GWh, US$ Bn)
7.30. Demand vs forecast outlook
7.31. Forecast for silicon anode data (GWh)
7.32. Forecast for silicon anode data (kt)
7.33. Global forecast for silicon anode data (US$ Bn)
8. COMPANY PROFILES
8.1. Alkegen
8.2. Amprius
8.3. Amprius Technologies
8.4. BestGraphene
8.5. Blue Current — Update
8.6. BTR New Material Group
8.7. CENS Materials
8.8. E-magy
8.9. Enovix
8.10. Forge Nano
8.11. GDI
8.12. Gotion
8.13. Group14 Technologies
8.14. Hansol Chemical
8.15. Ilika
8.16. Ionblox
8.17. Ionic Mineral Technologies
8.18. LeydenJar Technologies
8.19. Nanomakers
8.20. Nanoramic Laboratories
8.21. NanoRial
8.22. NIO (Battery)
8.23. OneD Battery Sciences
8.24. ProLogium
8.25. Samsung SDI (Battery)
8.26. Shanghai Putailai
8.27. Shanshan Technology
8.28. Sicona Battery
8.29. Sila Nanotechnologies
8.30. Solid Power
8.31. Storedot
8.32. StoreDot: Battery Development AI
 

 

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