battery factoryban

Does Leading The Global Lithium Battery Market Mean That China Has Mastered The Core Technology (1)

Вранці 21 квітня 2014 року в Пекіні Цяофу Фангкао на парашутному парашуті вийшов парашут мускусу, який вирушив до Міністерства науки і технологій Китаю на першу зупинку, щоб дослідити майбутнє вступу Тесли до Китаю. Міністерство науки і техніки завжди заохочувало Tesla, але цього разу Маск зачинив двері і отримав наступну відповідь: Китай розглядає податкову реформу електромобілів. До завершення реформи моделям все одно доведеться платити 25% тарифу, як традиційні транспортні засоби на паливо.

Тож Маск планує «кричати» через саміт інноваторів парку виродків. У головному залі концертного залу Чжуншань на сцені сиділи Ян Юаньцин, Чжоу Хуні, Чжан Імін та інші. А Маск зачекався за сценою, дістав мобільний телефон і написав твіт. Коли звучала музика, він рушив на сцену, підбадьорюючи та оплески. Але коли він повернувся до Сполучених Штатів, він написав у Twitter і поскаржився: "У Китаї ми схожі на повзаючу дитину".

З тих пір Tesla кілька разів опинилася на межі банкрутства, оскільки ринок, як правило, ведмежий, а проблема дистоції призвела до піврічного циклу збору клієнтів. В результаті мускус зруйнувався і навіть копчив марихуану в прямому ефірі, щодня спавши на каліфорнійській фабриці, щоб стежити за прогресом. Найкращий спосіб вирішити проблему з пропускною спроможністю - це побудувати суперзаводи в Китаї. З цією метою Маск виступив у своїй промові в Гонконзі: для китайських клієнтів він навіть навчився користуватися wechat.

 

Час летить. 7 січня 2020 року мускус знову прибув до Шанхаю та доставив першу партію вітчизняних ключів моделі 3 китайським власникам автомобілів на заводі Tesla Shanghai Super. Першими його словами були: Дякую китайському уряду. Він також танцював спину на місці. Відтоді, з різким зниженням ціни на вітчизняну модель 3, багато людей всередині та за межами галузі з жахом заявляють: кінець нових енергетичних транспортних засобів Китаю наближається.

Однак за минулий рік Tesla зазнала масштабних інцидентів з перекиданням, включаючи самозаймання акумулятора, вибуття двигуна, відлітання мансардного вікна тощо. І ставлення Тесли стало “розумним” або зарозумілим. Нещодавно із-за відключення електроенергії нових автомобілів Tesla зазнала критики з боку центральних ЗМІ. Порівняно кажучи, проблема усунення батареї Тесла є дуже поширеною ситуацією, коли власники автомобілів в Інтернеті також заперечують голос один за одним.

З огляду на це державні органи офіційно вжили заходів. Нещодавно Генеральна адміністрація нагляду за ринком та інші п’ять департаментів провели співбесіду з компанією Tesla, яка в основному включала такі проблеми, як ненормальне прискорення, загоряння акумулятора, дистанційне оновлення транспортного засобу тощо. Як ми всі знаємо, побутові літієві 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 / Найважливіший інструмент часу

 Does Leading The Global Lithium Battery Market Mean That China Has Mastered The Core Technology (2)

У 20 столітті людство створило більше багатства, ніж сума попередніх 2000 років. Серед них науку і техніку можна розглядати як вирішальну силу у сприянні глобальній цивілізації та економічному розвитку. За останні сто років науково-технічні винаходи, створені людьми, є такими ж блискучими, як зірки, і два з них визнані такими, що мають далекосяжний вплив на історичний процес. Перший - це транзистори, без яких не було б комп’ютерів; друга - літій-іонні батареї, без яких світ був би немислимий。

Сьогодні літієві батареї щорічно використовуються в мільярдах мобільних телефонів, ноутбуків та інших електронних продуктів, а також у мільйонах нових енергетичних автомобілів і навіть у всіх портативних пристроях на землі, які потребують зарядки. Крім того, з появою нової революції в енергетичному транспорті та створенням більшої кількості мобільних пристроїв, у галузі літієвих акумуляторів буде світле майбутнє. Наприклад, щорічна вартість випуску лише елементів літієвих акумуляторів досягла 200 мільярдів юанів, і майбутнє вже не за горами.

Плани та графіки подальшої ліквідації паливних транспортних засобів, сформульовані різними країнами світу, також будуть "вишнею". Найбільш раннім з них є Норвегія в 2025 році, а США, Японія та багато європейських країн близько 2035 року. Китай не має чіткого плану часу. Якщо в майбутньому не буде нових технологій, галузь літієвих акумуляторів буде продовжувати процвітати десятиліттями. Можна сказати, що той, хто володіє основною технологією літієвих акумуляторів, означає наявність скіпетра, який повинен домінувати в галузі.

 

 Західноєвропейські країни встановили графік поступового відмови від паливних автомобілів 

Протягом багатьох років Європа та США, Китай, Японія та Південна Корея почали жорстку конкуренцію та навіть сутички у галузі літієвих акумуляторів, залучивши багатьох відомих учених, багато провідних університетів та дослідницьких установ, а також гігантів та консорціуми капіталу в нафтова, хімічна, автомобільна, науково-технічна промисловість. Хто б міг подумати, що шлях розвитку світової галузі виробництва літієвих акумуляторів був таким самим, як і напівпровідниковий: він виник у Європі та США, сильніший за Японію та Південну Корею, і нарешті переважав Китай.

У 1970-80-х роках технологія літієвих акумуляторів з’явилася в Європі та Америці. Пізніше американці послідовно винайшли оксид кобальту літію, оксид марганцю літію та літієві залізофосфатні батареї, які зайняли провідне місце в галузі. У 1991 році Японія першою почала індустріалізувати літій-іонні акумулятори, але потім ринок продовжував скорочуватися. З іншого боку, Південна Корея покладається на те, що держава просуває її вперед. У той же час, за рішучої підтримки уряду, Китай зробив літієву батарею першою у світі поетапно.

В еволюції галузі виробництва 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 Уайтингем та японський учений Йошино за визнання їхнього внеску у дослідження та розробку літій-іонних батарей. Оскільки вчені з США та Японії виграли Нобелівську премію, чи справді Китай може взяти на себе провідну роль в основній технології літієвих батарей?

 

2 / Колиска літієвої батареї 

Розвиток світової технології літієвих акумуляторів має тривати довгий шлях. На початку 1970-х років, реагуючи на нафтову кризу, Exxon створив дослідницьку лабораторію в Нью-Джерсі, залучивши велику кількість провідних талантів у галузі фізики та хімії, зокрема Стенлі Уайтингема, постдокторанта з електрохімії твердого тіла в Стенфордському університеті. Її метою є реконструкція нового енергетичного рішення, тобто розробка нового покоління акумуляторних батарей.

Одночасно компанія Bell Labs створила групу хіміків та фізиків зі Стенфордського університету. Сторони розгорнули надзвичайно жорстку конкуренцію в галузі досліджень та розробок батарей наступного покоління. Навіть якщо дослідження пов'язане, "гроші не є проблемою". Після майже п’яти років конфіденційних досліджень Уайтингем та його команда вперше розробили першу у світі акумуляторну літій-іонну батарею.

Ця літієва батарея творчо використовує сульфід титану як катодний матеріал, а літій як анодний матеріал. Він має переваги невеликої ваги, великої ємності та відсутність ефекту пам’яті. У той же час це відкидає недоліки попередньої батареї, що можна сказати як якісний стрибок. У 1976 році Exxon подав заявку на перший у світі патент на винахід літієвих акумуляторів, але не отримав вигоди від індустріалізації. Однак це не впливає на репутацію Уайтинга як "батька літію" та його статус у світі.

Хоча винахід Уайтингама надихнув промисловість, згоряння акумулятора та внутрішнє дроблення сильно турбували команду, включаючи Гудінаф. Тому він та два асистенти докторантів продовжували систематично досліджувати періодичну систему. У 1980 році вони нарешті вирішили, що найкращим матеріалом є кобальт. Оксид кобальту літію, який можна використовувати як катод літій-іонних батарей, набагато перевершує будь-які інші матеріали того часу і швидко зайняв ринок.

З тих пір технологія людських батарей 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 літієвої кобальтової батареї. Однак, незважаючи на те, що літієво-кобальтовий оксид має багато переваг, його недоліки виявляються після широкомасштабного застосування, включаючи високу вартість, погану стійкість до перезарядки та ефективність циклу та серйозне забруднення відходами.

Тож Гудінав та його учень Майк Теккерей продовжували шукати кращі матеріали. У 1982 році Таккерей винайшов новаторську літієво-марганцеву батарею. Але незабаром він перейшов до Національної лабораторії Аргонна (ANL) для вивчення літієвих батарей. А Гудінаф та його команда продовжують шукати альтернативні матеріали, скорочуючи список до поєднання заліза та фосфору, знову систематично замінюючи метали в періодичній системі.

Врешті-решт, залізо та фосфор не сформували конфігурацію, яку хотіла команда, але вони сформували іншу структуру: після licoo3 та LiMn2O4 офіційно народився третій катодний матеріал для літій-іонних акумуляторів: LiFePO4. Тому три найважливіші позитивні електроди з літій-іонною батареєю народилися в лабораторії Дінафа з давніх часів. Він також став колискою літієвих батарей у світі, з народженням згаданих двох хіміків Нобелівської премії.

У 1996 році Техаський університет подав заявку на отримання патенту від імені лабораторії гудінафа. Це перший основний патент акумулятора LiFePO4. З тих пір Мішель Арман, французький науковець з літію, приєдналася до команди та подала заявку на отримання патенту на технологію вуглецевого покриття LiFePO4, ставши другим основним патентом LiFePO4. Ці два патенти є основними патентами, які не можна обійти в жодному разі.

 

3 / Трансфер технологій

З розвитком технологічного застосування виникає нагальна проблема, яку потрібно вирішити в негативному електроді літієвої батареї з оксидом кобальту, тому вона не була швидко розвинена в промисловості. У той час металевий літій використовувався як анодний матеріал літієвих батарей. Хоча це могло забезпечити досить високу щільність енергії, було багато проблем, включаючи поступове порошкоподібність анодного матеріалу та втрату активності, а ріст дендритів літію може пробити діафрагму, що призведе до короткого замикання або навіть горіння та вибуху акумулятор.

Коли проблема була дуже складною, з’явилися японці. Sony вже давно розробляє літієві акумулятори і приділяє пильну увагу світовим розробкам. Однак немає інформації про те, коли і де була отримана технологія кобальтитового літію. У 1991 році Sony випустила першу комерційну літій-іонну батарею в історії людства і поставила кілька циліндричних батарей з оксидом літію кобальту в останню камеру ccd-tr1. З тих пір обличчя світової побутової електроніки було переписано. 

Це Йосіно прийняв це важливе рішення. Він вперше використав вуглець (графіт) замість літію в якості анода літієвої батареї та поєднав його з катодом оксиду кобальту літію. Це принципово покращує ємність та термін служби літієвих акумуляторів та зменшує витрати, що є останньою силою для індустріалізації літієвої батареї. З тих пір китайські та корейські підприємства вилились у хвилю виробництва літієвих акумуляторів, і в цей час була створена нова енергетична технологія (ATL).

Через крадіжку технологій, "альянс за права", започаткований Техаським університетом та деякими підприємствами, володів мечами по всьому світу, в результаті чого у патентних сутичках брали участь багато країн та компаній. Хоча люди досі вважають, що LiFePO4 є найбільш підходящою акумуляторною батареєю, нова система катодного матеріалу, що поєднує переваги ніобату літію, кобальту літію та марганцю літію, спокійно народилася в лабораторії в Канаді.

У квітні 2001 року Джефф Данн, професор фізики в Університеті Далгоуза і головний науковий співробітник групи 3M Канада, винайшов масштабний комерційний композитний катодний матеріал з нікелевого кобальту і марганцю, що сприяло проникненню літієвої батареї на останній етап виходу на ринок. . 27 квітня того ж року компанія 3M подала заявку на патент до США, який є основним основним патентом потрійних матеріалів. Це означає, що поки в потрійній системі ніхто не може обійти.

Майже в той же час Національна лабораторія Аргонна (ANL) вперше запропонувала концепцію насиченого літію і на цій основі винайшла шаруваті багаті літієм та високоякісними марганцевими потрійними матеріалами та успішно подала заявку на патент у 2004 році. цією технологічною розробкою є таккел, який винайшов марганат літію. До 2012 року Тесла почав вибивати імпульс поступового зростання. Маск запропонував кілька разів високу зарплату, щоб набирати людей із відділу досліджень і розробок літієвих акумуляторів 3M.

Скориставшись цією можливістю, 3M просунув човен по потоці, прийняв стратегію "люди йдуть, але патентні права залишаються", повністю розформував відділ акумуляторів і отримав більший прибуток, експортуючи патенти та технічну співпрацю. Патенти були надані ряду японських та корейських підприємств з виробництва літієвих акумуляторів, таких як Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L&F і SK, а також катодні матеріали, такі як Shanshan, Hunan Ruixiang і Beida Xianxian в Китаї. загалом понад десять підприємств.

Патенти Anl надаються лише трьом компаніям: BASF, німецькому хімічному гіганту, Toyoda industries, японській фабриці катодних матеріалів та LG, південнокорейській компанії. Пізніше, навколо основного патентного конкурсу потрійних матеріалів, було утворено два провідних науково-дослідницьких союзи в галузі. Це практично сформувало “вроджену” технологічну силу підприємств літієвих акумуляторів на заході, Японії та Південній Кореї, тоді як Китай не набрав багато.

 

4 / Підйом китайських підприємств

Оскільки Китай не освоїв базову технологію, як це зламало ситуацію? Дослідження літієвих акумуляторів у Китаї ще не пізні, майже синхронізовані зі світом. Наприкінці 1970-х рр. За рекомендацією академіка Китайської інженерної академії в Німеччині Чень Лікуана Інститут фізики Китайської академії наук створив першу твердотільну іонну лабораторію в Китаї та розпочав дослідження іонні провідники та літієві батареї. У 1995 році в Інституті фізики Китайської академії наук народилася перша в Китаї літієва батарея.

У той же час, завдяки зростанню побутової електроніки в 1990-х роках, одночасно зросли літієві батареї в Китаї та появі "чотирьох гігантів", а саме Lishen, BYD, bick та ATL. Хоча Японія керувала розвитком галузі, через дилему виживання Sanyo Electric продала Panasonic, а Sony продала свій бізнес з літієвими акумуляторами виробництву Murata. У жорсткій конкуренції на ринку, лише BYD та ATL є "великою четвіркою" в Китаї.

У 2011 р. "Білий список" субсидій уряду Китаю заблокував підприємства, що фінансуються з-за кордону. Після придбання японським капіталом особа ATL стала застарілою. Тож Цзень Юцюнь, засновник ATL, планував зробити бізнес енергетичних акумуляторів незалежним, дозволити китайському капіталу брати в ньому участь і розбавити акції материнської компанії TDK, але він не отримав схвалення. Отже, Цзень Юцюнь заснував епоху Нінде (catl), досяг успіху в накопиченні оригінальних технологій і став чорним конем.

З точки зору технологічного шляху, BYD вибирає безпечну та економічно вигідну літієву фосфатну батарею, яка відрізняється від літієвої трикомпонентної батареї з високою енергією в епоху Нінде. Це пов’язано з бізнес-моделлю BYD. Ван Чуанфу, засновник компанії, виступає за те, щоб "їсти тростину до кінця". Окрім скла та шин, майже всі інші частини автомобіля виробляються та продаються самі по собі, а потім конкурують із зовнішнім світом з ціновою перевагою. Виходячи з цього, BYD тривалий час міцно посідає друге місце на внутрішньому ринку.

Але перевага BYD полягає також у його слабкості: він виробляє акумулятори та продає автомобілі, що змушує інших виробників автомобілів, природно, не довіряти і вважає за краще віддавати замовлення конкурентам, а не собі. Наприклад, Tesla, незважаючи на те, що технологія акумуляторів LiFePO4 від BYD накопичилася більше, все ще обирає ту саму технологію епохи Нінде. Для того, щоб змінити ситуацію, BYD планує відокремити акумуляторну батарею та запустити «лезову батарею».

З моменту реформування та відкриття літієва батарея є однією з небагатьох галузей, 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 досить великий; по-четверте, група майбутніх технічних експертів та підприємців спільно працюють над проривом. Але якщо ми збільшимо масштаб, як і назва епохи Нінде, це економічні досягнення Китаю та ера електричних транспортних засобів формують епоху Нінде.

На сьогодні Китай не відстає від розвинених країн у дослідженні анодних матеріалів та електролітів, але все ж є деякі недоліки, такі як сепаратор літієвих батарей, щільність енергії тощо. Очевидно, що технологічне накопичення Заходу, Японії та Південної Кореї все ще має певні переваги. Наприклад, хоча Ningde times вже кілька років посідає перше місце на світовому ринку акумуляторів, у звітах вітчизняної та зарубіжної промисловості все ще перелічуються Panasonic і LG у першому рангу, тоді як Ningde Times та BYD - у другому.

 

5 / Висновок
 

Безперечно, з подальшим розвитком відповідних досліджень у майбутньому, розвиток та застосування літієвих батарей у світі відкриє більш широкі перспективи, які сприятимуть енергетичній реформі та інноваціям людського суспільства та додадуть нового імпульсу сталому розвитку економіки та суспільства та посилення охорони навколишнього середовища. Будучи провідною автомобільною компанією у цій галузі, Tesla - це як сом. Стимулюючи розробку нових енергетичних автомобілів, він також бере на себе ініціативу у боротьбі з ринковим середовищем для літієвих акумуляторів.

Одного разу Дзен Юквін розкрив внутрішню історію свого союзу з Теслою: Маск весь день говорив про вартість. Наслідком є ​​те, що Tesla знижує вартість батарей. Однак слід зазначити, що в процесі пориву ери Тесли та Нінде на китайський ринок як транспортний засіб, так і акумулятор не повинні ігнорувати проблему якості через вартість. Коли це станеться, значення оригінальної внутрішньої серії доброзичливих політик значно зменшиться.

Крім того, існує похмура реальність. Незважаючи на те, що Китай домінує на ринку літієвих акумуляторів, основні технології та патенти на фосфат літієвого заліза та потрійні матеріали не перебувають у руках китайського народу. У порівнянні з Японією, Китай має значний розрив у людських та капітальних інвестиціях у дослідження та розробку літієвих акумуляторів. Це підкреслює важливість базових наукових досліджень, які залежать від довготривалої наполегливості та інвестицій держави, науково-дослідних установ та підприємств.

В даний час літієві батареї рухаються до третього покоління після попередніх двох поколінь оксиду кобальту літію, фосфату заліза літію та трикомпонентного літію. Оскільки основні технології та патенти перших двох поколінь були розподілені іноземними компаніями, Китай не має достатньо основних переваг, але, можливо, він зможе змінити ситуацію в наступному поколінні шляхом раннього планування. З огляду на шлях промислового розвитку основних досліджень та розробок, прикладних досліджень та розробки продуктів для акумуляторних матеріалів, ми повинні бути готовими до довготривалої війни.

Слід зазначити, що розробка та застосування літієвих акумуляторів у Китаї все ще стикаються з багатьма проблемами. Наприклад, при фактичному використанні літієвих акумуляторів нових енергетичних транспортних засобів все ще існують деякі проблеми, такі як низька щільність енергії, низька продуктивність при низьких температурах, тривалий час зарядки, короткий термін служби тощо.

З 2019 року Китай скасував "білий список" акумуляторів, а іноземні підприємства, такі як LG і Panasonic, повернулись на китайський ринок із надзвичайно швидким наступом. У той же час, із збільшенням тиску на вартість літієвих акумуляторів, конкуренція на внутрішньому ринку стає все сильнішою. Це змусить відповідні підприємства виграти перевагу в повній конкуренції з вищими показниками вартості продукції та швидшими можливостями реагування ринку, щоб сприяти модернізації та постійному зростанню промисловості літієвих акумуляторів у Китаї.


Час розміщення: березень-16-2021
Шукаєте додаткову інформацію про професійні продукти та енергетичні рішення DET Power? У нас є команда експертів, готова завжди вам допомогти. Будь ласка, заповніть форму, і наш торговий представник зв'яжеться з вами найближчим часом.