Чи означає лідерство на світовому ринку літієвих батарей, що Китай опанував основну технологію (1)

Вранці 21 квітня 2014 року Маск стрибнув з парашутом у Пекіні Цяофу Фанкао на приватному літаку та вирушив до Міністерства науки і технологій Китаю, щоб першою зупинкою дослідити майбутнє входу Tesla в Китай.Міністерство науки і технологій завжди підбадьорювало Tesla, але цього разу Маск закрив двері і отримав таку відповідь: Китай розглядає податкову реформу електромобілів.До завершення реформи моделі все одно повинні будуть платити 25% мита, як і автомобілі на традиційному паливі.

Тож Маск планує «прокричати» через саміт інноваторів Geek Park.У головному залі концертного залу Чжуншань на сцені сиділи Ян Юаньцін, Чжоу Хуні, Чжан Імін та інші.А Маск чекав за сценою, дістав мобільний телефон і твітнув.Коли зазвучала музика, він вийшов на сцену, підбадьорюючи та оплесками.Але коли він повернувся до Сполучених Штатів, він написав у Twitter і поскаржився: «У Китаї ми як повзаюча дитина».

Відтоді Tesla кілька разів перебувала на межі банкрутства, оскільки ринок загалом знижується, а проблема дистоції призвела до піврічного циклу збору клієнтів.В результаті Маск розвалився і навіть курив марихуану наживо, щодня спав на каліфорнійській фабриці, щоб стежити за прогресом.Найкращий спосіб вирішити проблему потужності – побудувати суперзаводи в Китаї.Про це Маск кричав у своїй промові в Гонконзі: для китайських клієнтів він навіть навчився використовувати wechat.

 

Час летить.7 січня 2020 року Маск знову приїхав до Шанхаю і доставив першу партію ключів вітчизняної моделі 3 китайським автовласникам на заводі Tesla Shanghai Super.Його перші слова були: «Дякую китайському уряду».Він також танцював на місці.Відтоді, після різкого зниження цін на вітчизняну модель 3, багато людей у ​​галузі та за її межами з жахом сказали: наближається кінець нових енергетичних автомобілів Китаю.

Проте минулого року Tesla пережила масштабні випадки перекидання, включаючи самозаймання батареї, вихід двигуна з-під контролю, відлітання мансардного вікна тощо. І ставлення Tesla стало «розумним» або зарозумілим.Останнім часом через збій електропостачання нових автомобілів Tesla піддається критиці з боку центральних ЗМІ.Відносно кажучи, проблема усадки акумулятора Tesla є дуже поширеною, власники автомобілів в Інтернеті також засуджують голос один за одним.

З огляду на це державні органи офіційно вжили заходів.Нещодавно Генеральна адміністрація ринкового нагляду та інші п’ять департаментів провели інтерв’ю з Tesla, які в основному стосувалися таких проблем, як ненормальне прискорення, пожежа акумулятора, дистанційне оновлення транспортного засобу тощо. Як ми всі знаємо, вітчизняні літій-залізо-фосфатні батареї в основному використовуються у вітчизняній моделі 3. .

Наскільки важлива літієва батарея?Озираючись на хід промислового розвитку, чи справді Китай розуміє основну технологію?Як досягти успіху?

 

1/ Важливий інструмент часу

 Чи означає лідерство на світовому ринку літієвих акумуляторів те, що Китай опанував основну технологію (2)

У 20 столітті людство створило більше багатства, ніж за попередні 2000 років.Серед них наука і техніка можуть розглядатися як вирішальна сила в просуванні глобальної цивілізації та економічного розвитку.За останні сто років наукові та технологічні винаходи, створені людьми, блискучі, як зірки, і визнано, що два з них мають далекосяжний вплив на історичний процес.Перша — транзистори, без яких не було б комп’ютерів;друга — літій-іонні батареї, без яких неможливо уявити світ.

Сьогодні літієві батареї щороку використовуються в мільярдах мобільних телефонів, ноутбуків та інших електронних продуктах, а також у мільйонах нових транспортних засобів, що працюють на енергії, і навіть у всіх портативних пристроях на землі, які потребують заряджання.Крім того, з появою нової енергетичної революції транспортних засобів і створенням більшої кількості мобільних пристроїв промисловість літієвих акумуляторів матиме світле майбутнє.Наприклад, річна вартість лише літієвих елементів батареї досягла 200 мільярдів юанів, і майбутнє вже не за горами.

Також «вишенькою на торті» стануть розроблені різними країнами світу плани та графіки майбутньої ліквідації паливних автомобілів.Найраніший – Норвегія у 2025 році, а Сполучені Штати, Японія та багато європейських країн приблизно у 2035 році. Китай не має чіткого часового плану.Якщо в майбутньому не буде нових технологій, промисловість літієвих акумуляторів продовжуватиме процвітати десятиліттями.Можна сказати, що той, хто володіє основною технологією літієвої батареї, означає мати скіпетр домінування в галузі.

 

Країни Західної Європи встановлюють графік поступової відмови від паливних автомобілів

Протягом багатьох років Європа та Сполучені Штати, Китай, Японія та Південна Корея розгорнули жорстку конкуренцію та навіть боротьбу у сфері літієвих батарей, залучаючи багатьох відомих вчених, багато провідних університетів та дослідницьких установ, а також гігантів та капітальних консорціумів у нафтова, хімічна, автомобільна, науково-технічна промисловість.Хто б міг подумати, що шлях розвитку глобальної індустрії літієвих акумуляторів був таким же, як і напівпровідникової: вона виникла в Європі та Сполучених Штатах, сильнішою за Японію та Південну Корею, і, нарешті, стала домінувати в Китаї.

У 1970-х і 1980-х роках технологія літієвих акумуляторів з'явилася в Європі та Америці.Пізніше американці винайшли літій-кобальт-оксид, літій-оксид марганцю та літій-залізо-фосфатні батареї, які зайняли лідерство в галузі.У 1991 році Японія першою індустріалізувала літій-іонні акумулятори, але потім ринок продовжував скорочуватися.Південна Корея, з іншого боку, покладається на державу, щоб просувати її вперед.У той же час, за сильної підтримки уряду, Китай крок за кроком зробив індустрію літієвих акумуляторів першою в світі.

В еволюції індустрії літієвих акумуляторів Європа, Америка та Японія зіграли важливу роль у просуванні технологій.У 2019 році Нобелівську премію з хімії отримали американські вчені Джон Гудінаф, Стенлі Вітінгем і японський учений Йошіно на знак визнання їх внеску в дослідження і розробку літій-іонних акумуляторів.Оскільки вчені зі Сполучених Штатів і Японії отримали Нобелівську премію, чи може Китай справді взяти лідерство в основній технології літієвих батарей?

 

2/ Підставка для літієвої батареї 

Розвиток глобальної технології літієвих батарей попереду довгий шлях.На початку 1970-х років, у відповідь на нафтову кризу, Exxon створив дослідницьку лабораторію в Нью-Джерсі, залучивши велику кількість найкращих талантів у галузі фізики та хімії, у тому числі Стенлі Вітінгема, постдоктора з електрохімії твердого тіла в Стенфордському університеті.Її метою є реконструкція нового енергетичного рішення, тобто розробка нового покоління акумуляторних батарей.

У той же час Bell Labs створила групу хіміків і фізиків зі Стенфордського університету.Обидві сторони почали надзвичайно жорстку конкуренцію в дослідженні та розробці акумуляторів нового покоління.Навіть якщо дослідження пов’язане, «гроші не є проблемою».Після майже п’яти років суворо конфіденційних досліджень Вітінгем і його команда вперше розробили першу в світі літій-іонну батарею, що перезаряджається.

Ця літієва батарея творчо використовує сульфід титану як матеріал катода та літій як матеріал анода.Він має такі переваги, як легка вага, велика місткість і відсутність ефекту пам’яті.У той же час вона позбавляє недоліків попередньої батареї, що можна назвати якісним стрибком.У 1976 році Exxon подала заявку на перший у світі патент на винахід літієвої батареї, але не отримала вигоди від індустріалізації.Однак це не впливає на репутацію Вітінгема як «батька літію» та його статус у світі.

Незважаючи на те, що винахід Вітінгема надихнув галузь, спалювання зарядки акумулятора та внутрішнє дроблення сильно занепокоїли команду, включно з гудінафом.Тому він і два докторанти продовжували систематично досліджувати періодичну таблицю.У 1980 році вони остаточно вирішили, що найкращим матеріалом є кобальт.Літій-кобальт-оксид, який можна використовувати як катод літій-іонних акумуляторів, значно перевершує будь-які інші матеріали того часу і швидко зайняв ринок.

Відтоді технологія людських акумуляторів зробила значний крок вперед.Що було б без кобальтиту літію?Коротше кажучи, чому «великий мобільний телефон» був таким великим і важким?Це тому, що немає літій-кобальтової батареї.Однак, хоча літій-кобальт-оксидний акумулятор має багато переваг, його недоліки виявляються після великомасштабного застосування, включаючи високу вартість, низьку стійкість до перезаряду та низьку продуктивність циклу, а також серйозне забруднення відходами.

Тож Гудінав та його учень Майк Теккерей продовжували шукати кращі матеріали.У 1982 році Теккерей винайшов новаторську літій-манганатну батарею.Але незабаром він перескочив до Аргонської національної лабораторії (ANL), щоб вивчити літієві батареї.І Гудінаф та його команда продовжують шукати альтернативні матеріали, скорочуючи список до комбінації заліза та фосфору, знову систематично міняючи місцями метали в періодичній таблиці.

Зрештою, залізо та фосфор не сформували конфігурацію, яку хотіла команда, але вони сформували іншу структуру: після licoo3 та LiMn2O4 офіційно народився третій матеріал катода для літій-іонних батарей: LiFePO4.Таким чином, усі три найважливіші позитивні електроди літій-іонних акумуляторів були народжені в лабораторії dinaf з давніх часів.Він також став колискою літієвих батарей у світі з народженням двох вищезгаданих хіміків, лауреатів Нобелівської премії.

У 1996 році Техаський університет подав заявку на патент від імені лабораторії Goodinaf.Це перший базовий патент на акумулятор LiFePO4.Відтоді Мішель Арманд, французький дослідник літію, приєдналася до команди та подала разом із dinaf заявку на патент технології вуглецевого покриття LiFePO4, ставши другим основним патентом на LiFePO4.Ці два патенти є основними патентами, які ні в якому разі не можна обійти.

 

3/ Трансфер технологій

З розвитком технологічного застосування виникає нагальна проблема, яку необхідно вирішити в негативному електроді літій-кобальт-оксидної батареї, тому вона не була швидко індустріалізована.У той час металевий літій використовувався як анодний матеріал для літієвих батарей.Незважаючи на те, що він міг забезпечити досить високу щільність енергії, існувало багато проблем, включаючи поступове подрібнення матеріалу анода та втрату активності, а ріст літієвих дендритів міг пробити діафрагму, що призвело до короткого замикання або навіть згоряння та вибуху. акумулятор.

Коли проблема була дуже складною, з'явилися японці.Компанія Sony тривалий час займалася розробкою літієвих батарей і приділяла пильну увагу світовим розробкам.Однак інформації про те, коли і де була отримана літій-кобальтитова технологія, немає.У 1991 році Sony випустила першу комерційну літій-іонну батарею в історії людства та встановила кілька літій-кобальт-оксидних циліндричних батарей в останню камеру ccd-tr1.Відтоді обличчя споживчої електроніки у світі було переписано.

Саме Йошіно прийняв це важливе рішення.Він був піонером у використанні вуглецю (графіту) замість літію як анода літієвої батареї та в поєднанні з літієм-кобальт-оксидним катодом.Це істотно покращує ємність і термін служби літієвої батареї, а також знижує вартість, що є останньою силою для індустріалізації літієвої батареї.З тих пір китайські та корейські підприємства влилися в хвилю індустрії літієвих батарей, і в цей час була створена нова енергетична технологія (ATL).

Через крадіжку технологій «правозахисний альянс», ініційований Техаським університетом і деякими підприємствами, орудує мечами по всьому світу, що призвело до патентної боротьби за участю багатьох країн і компаній.У той час як люди все ще вважають, що LiFePO4 є найбільш підходящою батареєю, нова система катодного матеріалу, яка поєднує переваги ніобату літію, літію кобальту та літію марганцю, тихо народилася в лабораторії в Канаді.

У квітні 2001 року Джефф Данн, професор фізики Університету Далхаус і головний науковий співробітник 3M Group Canada, винайшов широкомасштабний комерційний нікель-кобальт-марганцевий потрійний композитний катодний матеріал, який сприяв літієвій батареї на останньому етапі виходу на ринок. .27 квітня того ж року 3M подала заявку до Сполучених Штатів на патент, який є основним основним патентом на потрійні матеріали.Це означає, що поки в трійковій системі ніхто не може обійти.

Майже в той самий час Аргонська національна лабораторія (ANL) вперше запропонувала концепцію багатого літію, і на цій основі винайшла багатошарові потрійні матеріали з високим вмістом літію та марганцю та успішно подала заявку на патент у 2004 році. А особа, відповідальна за цією технологічною розробкою є Текерель, який винайшов марганець літію.До 2012 року Tesla почала вириватися з імпульсу поступового підйому.Маск запропонував кілька разів вищу зарплату, щоб найняти людей з відділу досліджень і розробок літієвих батарей 3M.

Скориставшись цією нагодою, 3M підштовхнула човен за течією, прийняла стратегію «люди йдуть, але патентні права залишаються», повністю розформувала відділ акумуляторів і отримала більший прибуток за рахунок експорту патентів і технічної співпраці.Патенти були надані ряду японських і корейських підприємств з виробництва літієвих акумуляторів, таких як Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F і SK, а також катодних матеріалів, таких як Shanshan, Hunan Ruixiang і Beida Xianxian у Китаї. всього більше десяти підприємств.

Патенти Анла надані лише трьом компаніям: BASF, німецькому хімічному гіганту, Toyoda Industries, японській фабриці катодних матеріалів, і LG, південнокорейській компанії.Пізніше навколо основної патентної конкуренції потрійних матеріалів було сформовано два провідних галузевих університетських дослідницьких альянсу.Це фактично сформувало «вроджену» технологічну силу підприємств літієвих батарей на заході, в Японії та Південній Кореї, в той час як Китай не отримав багато.

 

4/ Розвиток китайських підприємств

Оскільки Китай не опанував основну технологію, як він вирішив ситуацію?Дослідження літієвої батареї в Китаї не запізнилися, майже синхронізовані зі світом.Наприкінці 1970-х років за рекомендацією Ченя Ліцюаня, академіка Китайської інженерної академії в Німеччині, Інститут фізики Китайської академії наук створив першу в Китаї лабораторію твердих іонів і розпочав дослідження літію- іонні провідники та літієві батареї.У 1995 році в Інституті фізики Академії наук Китаю з'явилася перша в Китаї літієва батарея.

У той же час, завдяки зростанню споживчої електроніки в 1990-х роках, літієві батареї в Китаї зросли одночасно з появою «чотирьох гігантів», а саме Lishen, BYD, bick і ATL.Хоча Японія лідирувала в розвитку галузі, через дилему виживання Sanyo Electric продала Panasonic, а Sony продала свій бізнес літієвих акумуляторів Murata production.У жорсткій конкуренції на ринку тільки BYD і ATL є «великою четвіркою» в Китаї.

У 2011 році «білий список» субсидій китайського уряду заблокував підприємства, що фінансуються з-за кордону.Після придбання японським капіталом ідентичність ATL застаріла.Тож Цзен Юцюнь, засновник ATL, планував зробити незалежним бізнес з виробництва акумуляторів, дозволити китайському капіталу брати участь у ньому та розбавити акції материнської компанії TDK, але він не отримав схвалення.Тож Цзен Юцюнь заснував епоху Нінде (catl), досяг прогресу в накопиченні оригінальних технологій і став вороним конем.

З точки зору технологічного шляху, BYD вибирає безпечну та економічно ефективну літій-залізо-фосфатну батарею, яка відрізняється від літієвої потрійної батареї з високою щільністю енергії в епоху Нінде.Це пов’язано з бізнес-моделлю BYD.Ван Чуаньфу, засновник компанії, виступає за те, щоб «їсти тростину до кінця».Окрім скла та шин, майже всі інші частини автомобіля виробляються та продаються самостійно, а потім конкурують із зовнішнім світом, маючи цінову перевагу.Виходячи з цього, BYD тривалий час тримається на другому місці на вітчизняному ринку.

Але перевагою BYD є також його слабкість: він виробляє акумулятори та продає автомобілі, що змушує інших автовиробників природно недовіряти та воліти віддавати замовлення конкурентам, а не собі.Наприклад, Tesla, незважаючи на те, що технологія акумуляторів LiFePO4 від BYD накопичила більше, все ще обирає ту саму технологію епохи Нінде.Щоб змінити ситуацію, BYD планує відокремити силову батарею та запустити «лезову батарею».

Після реформи та відкриття літієва батарея є однією з небагатьох сфер, яка може наздогнати розвинені країни.Причини такі: по-перше, держава надає великого значення стратегічному захисту;по-друге, ще не пізно почати;по-третє, внутрішній ринок достатньо великий;по-четверте, група амбіційних технічних експертів і підприємців працюють разом, щоб прорватися.Але якщо ми збільшимо масштаб, як і назва ери Нінде, то економічні досягнення Китаю та ера електромобілів формують еру Нінде.

Зараз Китай не відстає від розвинених країн у дослідженні анодних матеріалів та електролітів, але все ще є деякі недоліки, такі як сепаратор літієвих батарей, щільність енергії тощо.Очевидно, накопичення технологій Заходом, Японією та Південною Кореєю все ще має деякі переваги.Наприклад, незважаючи на те, що Ningde Times займає перше місце на світовому ринку акумуляторів протягом кількох років, вітчизняні та іноземні галузеві звіти все ще містять Panasonic і LG на першому місці, тоді як Ningde Times і BYD займають друге місце.

 

5/ Висновок
 

Безсумнівно, з подальшим розвитком відповідних досліджень у майбутньому розробка та застосування літієвих батарей у світі відкриє ширшу перспективу, яка сприятиме енергетичній реформі та інноваціям людського суспільства, а також дасть новий імпульс сталому розвитку. економіки і суспільства та посилення охорони навколишнього середовища.Як провідна автомобільна компанія в галузі, Tesla схожа на сома.Стимулюючи розробку транспортних засобів з новою енергією, вона також бере на себе лідерство в випробуванні на ринку літієвих акумуляторів.

Цзен Юцюнь одного разу розкрив внутрішню історію свого альянсу з Tesla: Маск увесь день говорив про вартість.Це означає, що Tesla знижує вартість акумуляторів.Однак слід зазначити, що в процесі стрімкого зростання епохи Tesla та Ningde на китайському ринку, як автомобіль, так і акумулятор не повинні ігнорувати проблему якості через вартість.Коли це станеться, первинна серія внутрішніх політичних заходів із благими намірами значно втратить значення.

Крім того, існує похмура реальність.Незважаючи на те, що Китай домінує на ринку літієвих батарей, більшість основних технологій і патентів на фосфат літію, заліза та потрійних матеріалів не в руках китайців.Якщо порівнювати з Японією, Китай має великий розрив у людських і капітальних інвестиціях у дослідження та розробки літієвих батарей.Це підкреслює важливість фундаментальних наукових досліджень, які залежать від довгострокової наполегливості та інвестицій держави, науково-дослідних установ і підприємств.

В даний час літієві батареї рухаються до третього покоління після попередніх двох поколінь літієвих оксидів кобальту, літієвих фосфатів заліза та потрійних літієвих батарей.Оскільки основні технології та патенти перших двох поколінь були розділені між собою іноземними компаніями, Китай не має достатньо основних переваг, але він може змінити ситуацію в наступному поколінні завдяки ранньому плануванню.З огляду на шлях промислового розвитку фундаментальних досліджень і розробок, прикладних досліджень і розробки акумуляторних матеріалів, ми повинні бути готові до тривалої війни.

Слід зазначити, що розробка та застосування літієвих батарей у Китаї все ще стикаються з багатьма проблемами.Наприклад, у реальному використанні літієвих акумуляторів транспортних засобів нової енергії все ще є деякі проблеми, такі як низька щільність енергії, погана продуктивність при низьких температурах, тривалий час заряджання, короткий термін служби тощо.

З 2019 року Китай скасував «білий список» акумуляторів, а іноземні компанії, такі як LG і Panasonic, повернулися на китайський ринок із надзвичайно стрімким наступом на компонування.У той же час, із зростанням тиску на вартість літієвих батарей, конкуренція на внутрішньому ринку стає все більш інтенсивною.Це змусить відповідні підприємства отримати перевагу в повній конкуренції з вищими показниками вартості продукції та швидшою здатністю реагувати на ринку, щоб сприяти модернізації та постійному зростанню індустрії літієвих акумуляторів Китаю.


Час публікації: 16 березня 2021 р
Вам потрібна додаткова інформація про професійну продукцію та рішення для живлення DET Power?У нас є команда експертів, яка завжди готова вам допомогти.Будь ласка, заповніть форму, і наш торговий представник зв'яжеться з вами найближчим часом.