Означает ли лидерство на мировом рынке литиевых батарей, что Китай освоил основную технологию (1)

Утром 21 апреля 2014 года Маск прыгнул с парашютом в Пекине Цяофу Фанцао на частном самолете и отправился в Министерство науки и технологий Китая для первой остановки, чтобы изучить перспективы выхода Tesla на рынок Китая.Министерство науки и технологий всегда поощряло Tesla, но на этот раз Маск закрыл дверь и получил следующий ответ: Китай рассматривает налоговую реформу электромобилей.До завершения реформы модели S по-прежнему должны будут платить 25-процентный тариф, как и автомобили с традиционным топливом.

Так что Маск планирует «прокричать» через саммит инноваторов Geek Park.В главном зале концертного зала Чжуншань на сцене сидели Ян Юаньцин, Чжоу Хунъи, Чжан Имин и другие.А Маск подождал за сценой, достал сотовый и написал твит.Когда зазвучала музыка, он вышел на сцену под аплодисменты и аплодисменты.Но когда он вернулся в Соединенные Штаты, он написал в Твиттере и пожаловался: «В Китае мы похожи на ползающих младенцев».

С тех пор Tesla несколько раз была на грани банкротства, поскольку рынок в целом медвежий, а проблема дистоции привела к полугодовому циклу сбора клиентов.В результате Маск рухнул и даже курил марихуану вживую, каждый день ночуя на калифорнийской фабрике, чтобы следить за прогрессом.Лучший способ решить проблему нехватки мощностей — построить суперзаводы в Китае.По этому поводу Маск взывал в своем выступлении в Гонконге: для китайских клиентов он даже научился пользоваться wechat.

 

Время летит.7 января 2020 года Маск снова приехал в Шанхай и доставил китайским автовладельцам первую партию отечественных ключей модели 3 на заводе Tesla Shanghai Super.Его первыми словами были: Спасибо китайскому правительству.Он также устроил танец с растиранием спины на месте.С тех пор, с резким снижением цен на отечественную модель 3, многие люди внутри и за пределами отрасли с ужасом говорили: приближается конец китайских транспортных средств на новой энергии.

Однако в прошлом году Tesla столкнулась с крупномасштабными инцидентами с опрокидыванием, в том числе с самовозгоранием батареи, выходом из-под контроля двигателем, отлетающим световым люком и т. д. И отношение Tesla стало «разумным» или высокомерным.В последнее время из-за отключения питания новых автомобилей Тесла подверглась критике со стороны центральных СМИ.Условно говоря, проблема усадки батареи Тесла очень распространена, владельцы автомобилей в Интернете осуждают голос также один за другим.

В связи с этим государственные органы официально приняли меры.Недавно Главное управление по надзору за рынком и другие пять отделов опросили Tesla, которые в основном касались таких проблем, как ненормальное ускорение, возгорание батареи, дистанционное обновление автомобиля и т. д. Как мы все знаем, отечественные литий-железо-фосфатные батареи в основном используются в отечественной модели 3. .

Насколько важна литиевая батарея?Оглядываясь назад на ход промышленного развития, действительно ли Китай усвоил основные технологии?Как добиться успеха?

 

1/ Важный инструмент времени

 Означает ли лидерство на мировом рынке литиевых батарей, что Китай освоил основную технологию (2)

В 20 веке человечество создало больше богатства, чем сумма за предыдущие 2000 лет.Среди них наука и техника могут рассматриваться как решающая сила в продвижении глобальной цивилизации и экономического развития.За последние сто лет научные и технические изобретения, созданные людьми, сверкают как звезды, и признано, что два из них оказали далеко идущее влияние на исторический процесс.Первый — это транзисторы, без которых не было бы компьютеров;второй — литий-ионные аккумуляторы, без которых мир был бы невообразим.

Сегодня литиевые батареи ежегодно используются в миллиардах мобильных телефонов, ноутбуков и других электронных продуктов, а также в миллионах транспортных средств, работающих на новых источниках энергии, и даже во всех портативных устройствах на земле, которые нуждаются в зарядке.Кроме того, с появлением новой революции в области энергетических транспортных средств и созданием большего количества мобильных устройств индустрию литиевых батарей ждет светлое будущее.Например, годовой объем производства только литиевых аккумуляторных элементов достиг 200 миллиардов юаней, и будущее уже не за горами.

«Вишенкой на торте» также станут планы и графики будущей ликвидации транспортных средств на топливе, сформулированные различными странами мира.Самый ранний из них — Норвегия в 2025 году, а США, Япония и многие европейские страны — около 2035 года. У Китая нет четкого временного плана.Если в будущем не появятся новые технологии, индустрия литиевых аккумуляторов будет продолжать процветать десятилетиями.Можно сказать, что тот, кто владеет основной технологией литиевой батареи, имеет право доминировать в отрасли.

 

Страны Западной Европы установили график поэтапного отказа от бензиновых автомобилей

За прошедшие годы Европа и США, Китай, Япония и Южная Корея развернули ожесточенную конкуренцию и даже потасовку в области литиевых аккумуляторов, в которой участвовали многие известные ученые, многие топовые университеты и научно-исследовательские институты, а также гиганты и столичные консорциумы в нефтяной, химической, автомобильной, научной и технологической промышленности.Кто бы мог подумать, что путь развития мировой индустрии литиевых батарей был таким же, как и у полупроводников: она зародилась в Европе и США, сильнее, чем Япония и Южная Корея, и, наконец, стала доминировать в Китае.

В 1970-х и 1980-х годах технология литиевых батарей появилась в Европе и Америке.Позже американцы последовательно изобрели батареи на основе оксида лития-кобальта, оксида лития-марганца и литий-железо-фосфата, которые заняли лидирующие позиции в отрасли.В 1991 году Япония первой начала промышленное производство литий-ионных аккумуляторов, но затем рынок продолжал сокращаться.Южная Корея, с другой стороны, полагается на то, что государство будет продвигать ее вперед.В то же время, при активной поддержке правительства, Китай шаг за шагом вывел производство литиевых аккумуляторов на первое место в мире.

В развитии индустрии литиевых аккумуляторов Европа, Америка и Япония сыграли важную роль в продвижении технологий.В 2019 году Нобелевская премия по химии была присуждена американским ученым Джону Гудинафу, Стэнли Уитингэму и японскому ученому Йошино в знак признания их вклада в исследования и разработку литий-ионных аккумуляторов.Поскольку ученые из США и Японии получили Нобелевскую премию, может ли Китай действительно лидировать в основной технологии литиевых батарей?

 

2/Подставка для литиевой батареи 

Развитие глобальной технологии литиевых аккумуляторов имеет долгий путь.В начале 1970-х, в ответ на нефтяной кризис, Exxon создала исследовательскую лабораторию в Нью-Джерси, привлекая большое количество выдающихся специалистов в области физики и химии, в том числе Стэнли Уитингема, научного сотрудника с докторской степенью в области электрохимии твердого тела в Стэнфордском университете.Его цель — реконструировать новое энергетическое решение, то есть разработать перезаряжаемые батареи нового поколения.

В то же время Bell Labs создала группу химиков и физиков из Стэнфордского университета.Обе стороны начали чрезвычайно жесткую конкуренцию в области исследований и разработок аккумуляторов следующего поколения.Даже если исследование связано, «деньги не проблема».После почти пяти лет строго конфиденциальных исследований Уитингэм и его команда впервые разработали первую в мире перезаряжаемую литий-ионную батарею.

Эта литиевая батарея творчески использует сульфид титана в качестве материала катода и литий в качестве материала анода.Он имеет преимущества легкого веса, большой емкости и отсутствия эффекта памяти.В то же время он избавлен от недостатков предыдущей батареи, что можно назвать качественным скачком.В 1976 году Exxon подала заявку на получение первого в мире патента на изобретение литиевой батареи, но не выиграла от индустриализации.Однако это никак не влияет на репутацию Уитингема как «отца лития» и его статус в мире.

Хотя изобретение Уитингема вдохновило промышленность, сгорание заряда батареи и внутреннее разрушение сильно беспокоили команду, включая Гудинафа.Поэтому он и два докторских ассистента продолжали систематически изучать периодическую таблицу.В 1980 году окончательно решили, что лучшим материалом является кобальт.Оксид лития-кобальта, который можно было использовать в качестве катода литий-ионных аккумуляторов, намного превосходил любые другие материалы того времени и быстро занял рынок.

С тех пор технология человеческих батарей сделала существенный шаг вперед.Что было бы без кобальтита лития?Короче говоря, почему «большой сотовый телефон» был таким большим и тяжелым?Это потому, что нет литий-кобальтовой батареи.Однако, хотя литий-кобальтовый оксидный аккумулятор имеет много преимуществ, его недостатки проявляются после крупномасштабного применения, включая высокую стоимость, плохую устойчивость к перезарядке и цикличность, а также серьезное загрязнение отходами.

Поэтому Гудинав и его ученик Майк Теккерей продолжали искать лучшие материалы.В 1982 году Теккерей изобрел новаторскую литий-манганатную батарею.Но вскоре он отправился в Аргоннскую национальную лабораторию (ANL) для изучения литиевых батарей.А Гудинаф и его команда продолжают искать альтернативные материалы, сократив список до комбинации железа и фосфора, в очередной раз систематически меняя местами металлы в периодической таблице.

В конце концов, железо и фосфор не сформировали ту конфигурацию, которую хотела команда, а образовали другую структуру: после licoo3 и LiMn2O4 официально родился третий катодный материал для литий-ионных аккумуляторов: LiFePO4.Таким образом, три наиболее важных положительных электрода литий-ионных аккумуляторов были созданы в лаборатории динаф с древних времен.Он также стал колыбелью литиевых батарей в мире с рождением двух вышеупомянутых химиков, получивших Нобелевскую премию.

В 1996 году Техасский университет подал заявку на патент от имени лаборатории Гудинафа.Это первый основной патент батареи LiFePO4.С тех пор к команде присоединилась Мишель Арман, французский ученый по литию, которая подала заявку в dinaf на патент технологии углеродного покрытия LiFePO4, став вторым основным патентом LiFePO4.Эти два патента являются основными патентами, которые нельзя обойти ни в коем случае.

 

3/ Передача технологий

С развитием применения технологии возникла острая проблема, которую необходимо решить в отрицательном электроде литий-кобальт-оксидной батареи, поэтому она не получила быстрого промышленного внедрения.В то время металлический литий использовался в качестве анодного материала литиевых батарей.Хотя он мог обеспечить довольно высокую плотность энергии, было много проблем, в том числе постепенное измельчение материала анода и потеря активности, а рост дендритов лития мог пробить диафрагму, что привело к короткому замыканию или даже сгоранию и взрыву анода. батарея.

Когда задача стала очень сложной, появились японцы.Компания Sony давно занимается разработкой литиевых аккумуляторов и уделяет пристальное внимание глобальным разработкам.Однако нет информации о том, когда и где была получена технология кобальтита лития.В 1991 году Sony выпустила первую в истории человечества коммерческую литий-ионную батарею и поместила несколько цилиндрических батарей из оксида лития-кобальта в новейшую камеру ccd-tr1.С тех пор лицо мировой потребительской электроники было переписано.

Именно Йошино принял это важное решение.Он впервые применил углерод (графит) вместо лития в качестве анода литиевой батареи в сочетании с катодом из оксида лития и кобальта.Это существенно улучшает емкость и срок службы литиевых батарей, а также снижает стоимость, что является последним фактором индустриализации литиевых батарей.С тех пор китайские и корейские предприятия влились в волну производства литиевых аккумуляторов, и в это время были созданы новые энергетические технологии (ATL).

Из-за кражи технологий «альянс прав», инициированный Техасским университетом и некоторыми предприятиями, размахивал мечами по всему миру, что привело к патентной драке с участием многих стран и компаний.В то время как люди все еще думают, что LiFePO4 является наиболее подходящей аккумуляторной батареей, новая система катодных материалов, сочетающая в себе преимущества ниобата лития, кобальта лития и марганца лития, тихо родилась в лаборатории в Канаде.

В апреле 2001 года Джефф Данн, профессор физики в Университете Далхуса и главный научный сотрудник группы 3M в Канаде, изобрел крупномасштабный коммерческий тройной композиционный катодный материал никель-кобальт-марганец, который способствовал прорыву литиевой батареи на последнем этапе выхода на рынок. .27 апреля того же года компания 3M подала заявку в США на получение патента, который является основным патентом на тройные материалы.Это значит, что пока в троичной системе никого не обойти.

Почти в то же время Аргоннская национальная лаборатория (ANL) впервые предложила концепцию богатого лития и на этой основе изобрела многослойные тройные материалы с высоким содержанием лития и высоким содержанием марганца и успешно подала заявку на патент в 2004 году. Разработкой этой технологии является Текерель, изобретший манганат лития.Вплоть до 2012 года Тесла начала набирать обороты постепенного подъема.Маск предлагал в несколько раз более высокую зарплату, чтобы нанять людей из отдела исследований и разработок литиевых батарей 3M.

Воспользовавшись этой возможностью, 3M двинула лодку по течению, приняла стратегию «люди уходят, но патентные права остаются», полностью распустила отдел аккумуляторов и получила более высокую прибыль за счет экспорта патентов и технического сотрудничества.Патенты были выданы ряду японских и корейских предприятий по производству литиевых батарей, таких как Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L&F и SK, а также катодным материалам, таким как Shanshan, Hunan Ruixiang и Beida Xianxian в Китае. всего более десяти предприятий.

Патенты Анла выданы только трем компаниям: BASF, немецкому химическому гиганту, Toyoda Industries, японскому заводу по производству катодных материалов, и LG, южнокорейской компании.Позже, вокруг основной патентной конкуренции тройных материалов, были сформированы два ведущих отраслевых университетских исследовательских альянса.Это фактически сформировало «врожденную» технологическую силу предприятий по производству литиевых батарей на западе, в Японии и Южной Корее, в то время как Китай не получил многого.

 

4/ Рост китайских предприятий

Поскольку Китай не освоил основную технологию, как он изменил ситуацию?Исследование литиевых батарей в Китае еще не поздно, почти синхронизировано с миром.В конце 1970-х годов по рекомендации Чэнь Лицюаня, академика Китайской инженерной академии в Германии, Институт физики Китайской академии наук создал первую в Китае лабораторию твердотельных ионов и начал исследования литиевых ионные проводники и литиевые батареи.В 1995 году в Институте физики Китайской академии наук родилась первая литиевая батарея в Китае.

В то же время, благодаря подъему потребительской электроники в 1990-х годах, одновременно подорожали литиевые батареи в Китае и появились «четыре гиганта», а именно Lishen, BYD, Bick и ATL.Хотя Япония лидировала в развитии отрасли, из-за дилеммы выживания Sanyo Electric продала Panasonic, а Sony продала свой бизнес по производству литиевых батарей компании Murata.В жесткой конкуренции на рынке только BYD и ATL входят в «большую четверку» Китая.

В 2011 году «белый список» субсидий китайского правительства заблокировал предприятия с иностранным финансированием.После приобретения японским капиталом личность ATL устарела.Итак, Цзэн Юйцюнь, основатель ATL, планировал сделать бизнес по производству аккумуляторов независимым, допустить в него участие китайского капитала и размыть акции материнской компании TDK, но не получил одобрения.Таким образом, Цзэн Юйцюнь основал эпоху Ниндэ (катл), добился прогресса в накоплении оригинальных технологий и стал черной лошадкой.

Что касается технологического пути, BYD выбирает безопасную и экономичную литий-железо-фосфатную батарею, которая отличается от тройной литиевой батареи с высокой плотностью энергии в эпоху Ниндэ.Это связано с бизнес-моделью BYD.Ван Чуаньфу, основатель компании, выступает за «съесть трость до конца».Помимо стекол и шин, почти все остальные части автомобиля производятся и продаются сами по себе, а затем конкурируют с внешним миром с ценовым преимуществом.Исходя из этого, BYD уже давно прочно занимает второе место на отечественном рынке.

Но преимущество BYD является и его слабостью: он производит аккумуляторы и продает автомобили, что вызывает естественное недоверие к другим автопроизводителям и предпочтение отдавать заказы конкурентам, а не самим себе.Например, Tesla, несмотря на то, что аккумуляторная технология BYD LiFePO4 накопила больше, по-прежнему выбирает ту же технологию эпохи Ниндэ.Чтобы изменить ситуацию, BYD планирует отделить силовую батарею и запустить «лезвийную батарею».

После реформ и открытости литиевые батареи стали одной из немногих областей, которые могут догнать развитые страны.Причины таковы: во-первых, государство придает большое значение стратегической защите;во-вторых, еще не поздно начать;в-третьих, внутренний рынок достаточно велик;в-четвертых, группа амбициозных технических экспертов и предпринимателей работает вместе, чтобы прорваться.Но если мы увеличим масштаб, как и название эпохи Ниндэ, именно экономические достижения Китая и эпоха электромобилей формируют эпоху Ниндэ.

В настоящее время Китай не отстает от развитых стран в исследованиях анодных материалов и электролитов, но все же есть некоторые недостатки, такие как сепаратор литиевых батарей, плотность энергии и так далее.Очевидно, что накопление технологий Запада, Японии и Южной Кореи все же имеет некоторые преимущества.Например, несмотря на то, что компания Ningde times занимает первое место на мировом рынке аккумуляторов в течение нескольких лет, отечественные и зарубежные отраслевые отчеты по-прежнему относят Panasonic и LG на первое место, а Ningde Times и BYD — на второе место.

 

5. Вывод
 

Несомненно, с дальнейшим развитием соответствующих исследований в будущем разработка и применение литиевых батарей в мире откроет более широкую перспективу, которая будет способствовать энергетической реформе и инновациям человеческого общества и придаст новый импульс устойчивому развитию. экономики и общества и усиление охраны окружающей среды.Как ведущая автомобильная компания в отрасли, Tesla похожа на сома.Стимулируя разработку транспортных средств на новых источниках энергии, он также играет ведущую роль в изменении условий рынка литиевых аккумуляторов.

Цзэн Юйцюнь однажды раскрыл подноготную своего альянса с Tesla: Маск весь день говорил о стоимости.Подразумевается, что Tesla снижает стоимость аккумуляторов.Тем не менее, следует отметить, что в процессе ажиотажа на китайском рынке в эпоху Теслы и Ниндэ как автомобиль, так и аккумулятор не должны игнорировать проблему качества из-за стоимости.Как только это произойдет, первоначальная внутренняя серия благонамеренных политик значительно уменьшится в своем значении.

Кроме того, существует суровая реальность.Хотя Китай доминирует на рынке литиевых батарей, большинство основных технологий и патентов на литий-железо-фосфат и тройные материалы находятся не в руках китайцев.По сравнению с Японией, Китай имеет большой разрыв в человеческих и капитальных вложениях в исследования и разработки литиевых батарей.Это подчеркивает важность фундаментальных научных исследований, которые зависят от долгосрочной настойчивости и инвестиций государства, научно-исследовательских учреждений и предприятий.

В настоящее время литиевые батареи переходят к третьему поколению после двух предыдущих поколений литиевых оксидов кобальта, литий-железо-фосфатных и литиевых тройных.Поскольку основные технологии и патенты первых двух поколений были разделены между иностранными компаниями, у Китая недостаточно основных преимуществ, но он может изменить ситуацию в следующем поколении за счет ранней компоновки.Принимая во внимание путь промышленного развития фундаментальных исследований и разработок, прикладных исследований и разработки продуктов аккумуляторных материалов, мы должны быть готовы к долгосрочной войне.

Следует отметить, что разработка и применение литиевых батарей в Китае все еще сталкивается со многими проблемами.Например, при фактическом использовании транспортных средств с новой энергией с литиевыми батареями все еще существуют некоторые проблемы, такие как низкая плотность энергии, плохие характеристики при низких температурах, длительное время зарядки, короткий срок службы и так далее.

С 2019 года Китай отменил «белый список» аккумуляторов, а иностранные предприятия, такие как LG и Panasonic, вернулись на китайский рынок с чрезвычайно быстрым наступлением компоновки.В то же время с ростом давления на стоимость литиевых аккумуляторов конкуренция на внутреннем рынке становится все более острой.Это заставит соответствующие предприятия получить преимущество в полной конкуренции с более высокой стоимостью продукта и более быстрой реакцией рынка, чтобы способствовать модернизации и постоянному росту индустрии литиевых батарей в Китае.


Время публикации: 16 марта 2021 г.
Вы ищете дополнительную информацию о профессиональных продуктах и ​​решениях DET Power?У нас есть команда экспертов, готовая помочь вам всегда.Пожалуйста, заполните форму, и наш торговый представитель свяжется с вами в ближайшее время.