Воденето на световния пазар на литиеви батерии означава ли, че Китай е усвоил основната технология (1)

Сутринта на 21 април 2014 г. Мъск скача с парашут в Пекин Qiaofu Fangcao с частен самолет и отива в Министерството на науката и технологиите на Китай за първата спирка, за да проучи бъдещето за навлизането на Tesla в Китай.Министерството на науката и технологиите винаги е насърчавало Tesla, но този път Мъск затвори вратата и получи следния отговор: Китай обмисля данъчната реформа на електрическите превозни средства.Преди завършването на реформата моделите ще трябва да плащат 25% тарифа като превозните средства с традиционно гориво.

Така че Мъск планира да „извика“ през срещата на върха на иноваторите в парка.В главната зала на концертната зала Zhongshan Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming и други са седнали на сцената.А Мъск изчака зад сцената, извади мобилния си телефон и туитна.Когато прозвуча музиката, той се отправи към сцената, приветствайки и ръкопляскайки.Но когато се върна в Съединените щати, той написа в Туитър и се оплака: „В Китай сме като пълзящо бебе“.

Оттогава Tesla беше на ръба на фалита няколко пъти, тъй като пазарът като цяло е мечи и проблемът с дистокията доведе до половингодишен цикъл на събиране на клиенти.В резултат на това Мъск се срина и дори пуши марихуана на живо, спяйки във фабрика в Калифорния всеки ден, за да следи напредъка.Най-добрият начин за решаване на проблема с капацитета е изграждането на супер фабрики в Китай.За тази цел Мъск извика в речта си в Хонконг: за китайски клиенти той дори се научи да използва wechat.

 

Времето лети.На 7 януари 2020 г. Мъск отново дойде в Шанхай и достави първата партида ключове за домашен модел 3 на собствениците на китайски автомобили в завода Tesla Shanghai Super.Първите му думи бяха: Благодаря на китайското правителство.Той също така танцува на място.Оттогава, с рязкото намаляване на цените на вътрешния модел 3, много хора в и извън индустрията казаха с ужас: идва краят на новите енергийни превозни средства в Китай.

Въпреки това през изминалата година Tesla претърпя широкомащабни инциденти с преобръщане, включително спонтанно запалване на батерията, двигател извън контрол, отлитане на капандура и т.н. И отношението на Tesla стана „разумно“ или арогантно.Напоследък, поради спиране на тока на нови автомобили, Tesla беше критикувана от централните медии.Относително казано, проблемът със свиването на батерията на Tesla е много често срещан, собствениците на автомобили в интернет, за да осъждат гласа също един след друг.

С оглед на това държавните органи официално взеха мерки.Наскоро Генералната администрация за надзор на пазара и други пет отдела интервюираха Tesla, което включваше главно проблеми като необичайно ускорение, запалване на батерията, дистанционно надграждане на превозни средства и т.н. Както всички знаем, домашните литиево-железни фосфатни батерии се използват основно в домашния модел 3 .

Колко важна е литиевата батерия?Поглеждайки назад към хода на индустриалното развитие, дали Китай наистина разбира основната технология?Как да постигнем успех?

 

1/ Важният инструмент на времето

 Воденето на световния пазар на литиеви батерии означава ли, че Китай е усвоил основната технология (2)

През 20-ти век човечеството е създало повече богатства от сумата за предходните 2000 години.Сред тях науката и технологиите могат да се разглеждат като решаваща сила в насърчаването на глобалната цивилизация и икономическото развитие.През последните сто години научните и технологични изобретения, създадени от човешки същества, са брилянтни като звезди и две от тях са признати за оказващи далечно влияние върху историческия процес.Първият е транзисторите, без които няма да има компютри;второто са литиево-йонните батерии, без които светът би бил немислим.

Днес литиевите батерии се използват в милиарди мобилни телефони, лаптопи и други електронни продукти всяка година, както и в милиони нови енергийни превозни средства и дори във всички преносими устройства на земята, които се нуждаят от зареждане.В допълнение, с появата на революцията в автомобилите с нова енергия и създаването на повече мобилни устройства, индустрията на литиевите батерии ще има светло бъдеще.Например, годишната производствена стойност само на литиеви батерийни клетки е достигнала 200 милиарда юана и бъдещето е точно зад ъгъла.

Плановете и графиците за бъдещото премахване на превозните средства, работещи с гориво, формулирани от различни страни по света, също ще бъдат „черешката на тортата“.Най-ранният е Норвегия през 2025 г., а САЩ, Япония и много европейски страни около 2035 г. Китай няма ясен времеви план.Ако в бъдеще няма нова технология, индустрията на литиевите батерии ще продължи да процъфтява десетилетия.Може да се каже, че който притежава основната технология на литиевата батерия, означава да има скиптъра да доминира в индустрията.

 

Западноевропейските страни определят график за постепенно премахване на превозните средства с гориво

През годините Европа и Съединените щати, Китай, Япония и Южна Корея започнаха ожесточена конкуренция и дори битка в областта на литиевите батерии, включваща много известни учени, много водещи университети и изследователски институции, както и гиганти и капиталови консорциуми в петролна, химическа, автомобилна, научна и технологична промишленост.Кой би предположил, че пътят на развитие на глобалната индустрия за литиеви батерии е същият като този на полупроводниците: тя произхожда от Европа и Съединените щати, по-силна от Япония и Южна Корея и накрая се доминира от Китай.

През 70-те и 80-те години на миналия век технологията за литиеви батерии се появи в Европа и Америка.По-късно американците изобретяват последователно литиево-кобалтов оксид, литиево-манганов оксид и литиево-железен фосфат батерии, които заемат водеща роля в индустрията.През 1991 г. Япония първа индустриализира литиево-йонните батерии, но след това пазарът продължи да се свива.Южна Корея, от друга страна, разчита на държавата да я тласка напред.В същото време, със силната подкрепа на правителството, Китай направи производството на литиеви батерии първото в света стъпка по стъпка.

В еволюцията на индустрията за литиеви батерии Европа, Америка и Япония изиграха важна роля в популяризирането на технологиите.През 2019 г. Нобеловата награда за химия беше присъдена на американските учени Джон Гудинаф, Стенли Уайтингам и японския учен Йошино като признание за техния принос в изследването и разработването на литиево-йонни батерии.След като учени от Съединените щати и Япония спечелиха Нобеловата награда, може ли Китай наистина да поеме водеща роля в основната технология на литиевите батерии?

 

2/ Поставката на литиевата батерия 

Развитието на глобалната технология за литиеви батерии трябва да се следва дълго време.В началото на 70-те години на миналия век, в отговор на петролната криза, Exxon създаде изследователска лаборатория в Ню Джърси, привличайки голям брой топ таланти във физиката и химията, включително Стенли Уайтингам, постдокторант по електрохимия на твърдо тяло в Станфордския университет.Целта му е да реконструира ново енергийно решение, тоест да разработи ново поколение акумулаторни батерии.

В същото време Bell Labs създаде екип от химици и физици от Станфордския университет.Двете страни започнаха изключително ожесточена конкуренция в изследването и разработването на батерии от следващо поколение.Дори ако изследването е свързано, „парите не са проблем“.След близо пет години строго поверително изследване Уайтингам и неговият екип разработиха първата в света акумулаторна литиево-йонна батерия.

Тази литиева батерия креативно използва титанов сулфид като катоден материал и литий като аноден материал.Има предимствата на леко тегло, голям капацитет и липса на мемори ефект.В същото време премахва недостатъците на предишната батерия, което може да се каже, че е качествен скок.През 1976 г. Exxon кандидатства за първия в света патент за изобретение на литиева батерия, но не се възползва от индустриализацията.Това обаче не засяга репутацията на Уайтингам като „баща на лития“ и статута му в света.

Въпреки че изобретението на Whitingham вдъхнови индустрията, изгарянето при зареждане на батерията и вътрешното смачкване силно затрудниха екипа, включително gudinaf.Затова той и двама постдокторанти продължиха систематично да изследват периодичната таблица.През 1980 г. те окончателно решават, че най-добрият материал е кобалтът.Литиево-кобалтовият оксид, който може да се използва като катод на литиево-йонни батерии, е далеч по-добър от всички други материали по това време и бързо заема пазара.

Оттогава технологията на човешките батерии направи значителна крачка напред.Какво би станало без литиев кобалтит?Накратко, защо „големият мобилен телефон“ беше толкова голям и тежък?Това е защото няма литиево-кобалтова батерия.Въпреки това, въпреки че литиево-кобалтово-оксидната батерия има много предимства, нейните недостатъци се разкриват след широкомащабно приложение, включително висока цена, лоша устойчивост на презареждане и производителност на цикъла и сериозно замърсяване с отпадъци.

Така Гудинав и неговият ученик Майк Текери продължават да търсят по-добри материали.През 1982 г. Текери изобретява пионерска литиево-манганатна батерия.Но скоро той отскочи до Националната лаборатория в Аргон (ANL), за да изследва литиевите батерии.А Goodinaf и неговият екип продължават да търсят алтернативни материали, намалявайки списъка до комбинация от желязо и фосфор чрез още веднъж систематична размяна на металите в периодичната таблица.

В крайна сметка желязото и фосфорът не образуваха конфигурацията, която екипът искаше, но формираха друга структура: след licoo3 и LiMn2O4, третият катоден материал за литиево-йонни батерии беше официално роден: LiFePO4.Следователно трите най-важни положителни електрода на литиево-йонна батерия са родени в лабораторията на dinaf от древни времена.Освен това се превърна в люлката на литиевите батерии в света с раждането на гореспоменатите двама химици, носители на Нобелова награда.

През 1996 г. Тексаският университет кандидатства за патент от името на лабораторията на goodinaf.Това е първият основен патент на LiFePO4 батерия.Оттогава Michelle Armand, френски учен по литий, се присъедини към екипа и кандидатства с dinaf за патента на технологията за въглеродно покритие LiFePO4, превръщайки се във втория основен патент на LiFePO4.Тези два патента са основните патенти, които не могат да бъдат заобиколени в никакъв случай.

 

3/ Трансфер на технологии

С развитието на технологичното приложение има спешен проблем, който трябва да бъде решен в отрицателния електрод на батерията от литиево-кобалтов оксид, така че не е индустриализиран бързо.По това време литиевият метал се използва като аноден материал на литиевите батерии.Въпреки че можеше да осигури доста висока енергийна плътност, имаше много проблеми, включително постепенно разпрашаване на анодния материал и загуба на активност, а растежът на литиевите дендрити можеше да пробие диафрагмата, което да доведе до късо съединение или дори изгаряне и експлозия на батерия.

Когато проблемът беше много труден, се появиха японците.Sony разработва литиеви батерии от дълго време и обръща голямо внимание на глобалното развитие.Няма обаче информация кога и къде е получена технологията за литиев кобалтит.През 1991 г. Sony пусна първата търговска литиево-йонна батерия в човешката история и постави няколко цилиндрични батерии с литиево-кобалтов оксид в най-новата камера ccd-tr1.Оттогава лицето на световната потребителска електроника е пренаписано.

Йошино беше този, който взе това важно решение.Той е пионер в използването на въглерод (графит) вместо литий като анод на литиева батерия и в комбинация с катод от литиево-кобалтов оксид.Това фундаментално подобрява капацитета и живота на литиевата батерия и намалява разходите, което е последната сила за индустриализацията на литиевата батерия.Оттогава китайски и корейски предприятия се вляха във вълната на производството на литиеви батерии и по това време беше създадена нова енергийна технология (ATL).

Поради кражбата на технологии, „алиансът за права“, иницииран от Тексаския университет и някои предприятия, размахва мечове по целия свят, което води до патентна битка, включваща много държави и компании.Докато хората все още смятат, че LiFePO4 е най-подходящата захранваща батерия, в лаборатория в Канада тихомълком е създадена нова система от катодни материали, съчетаваща предимствата на литиев ниобат, литиев кобалт и литиев манган.

През април 2001 г. Джеф Дан, професор по физика в университета Далхус и главен учен на 3M group Canada, изобрети широкомащабен комерсиален никел-кобалт-манганов троен композитен катоден материал, който насърчи литиевата батерия да пробие през последната стъпка от навлизането на пазара .На 27 април същата година 3M кандидатства в Съединените щати за патента, който е основният основен патент за трикомпонентни материали.Това означава, че докато е в троичната система, никой не може да се придвижва.

Почти по същото време Националната лаборатория в Аргон (ANL) за първи път предложи концепцията за богат литий и на тази основа изобрети слоести тройни материали, богати на литий и високо манган, и успешно кандидатства за патент през 2004 г. И лицето, отговарящо за това технологично развитие е thackerel, който е изобретил литиевия манганат.До 2012 г. Tesla започна да излиза от инерцията на постепенно възход.Мъск предложи няколко пъти по-висока заплата, за да наеме хора от отдела за научноизследователска и развойна дейност на литиеви батерии на 3M.

Възползвайки се от тази възможност, 3M тласна лодката по течението, възприе стратегията „хората си отиват, но патентните права остават“, напълно разпусна отдела за батерии и направи по-големи печалби чрез износ на патенти и техническо сътрудничество.Патентите са предоставени на редица японски и корейски предприятия за литиеви батерии като Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F и SK, както и катодни материали като Shanshan, Hunan Ruixiang и Beida Xianxian в Китай. повече от десет предприятия общо.

Патентите на Anl са предоставени само на три компании: BASF, немски химически гигант, Toyoda Industries, японска фабрика за катодни материали и LG, южнокорейска компания.По-късно, около основната патентна конкуренция на трикомпонентни материали, бяха формирани два водещи университетски изследователски съюза в индустрията.Това на практика оформи „вродената“ технологична сила на предприятията за литиеви батерии на запад, Япония и Южна Корея, докато Китай не е спечелил много.

 

4/ Възходът на китайските предприятия

Тъй като Китай не е усвоил основната технология, как преодоля ситуацията?Изследванията на литиевите батерии в Китай не закъсняха, почти синхронизирани със света.В края на 70-те години на миналия век, по препоръка на Чен Ликуан, академик на Китайската академия по инженерство в Германия, Институтът по физика на Китайската академия на науките създава първата лаборатория за йони в твърдо състояние в Китай и започва изследване на литиево- йонни проводници и литиеви батерии.През 1995 г. първата литиева батерия в Китай е родена в Института по физика, Китайската академия на науките.

В същото време, благодарение на възхода на потребителската електроника през 90-те години, литиевите батерии в Китай нараснаха едновременно с появата на „четирите гиганта“, а именно Lishen, BYD, bick и ATL.Въпреки че Япония води развитието на индустрията, поради дилемата за оцеляване, Sanyo Electric продаде на Panasonic, а Sony продаде бизнеса си с литиеви батерии на Murata production.В ожесточената конкуренция на пазара само BYD и ATL са „големите четири“ в Китай.

През 2011 г. „белият списък“ на субсидиите на китайското правителство блокира предприятия, финансирани от чужбина.След като беше придобита от японския капитал, самоличността на ATL остаря.Така Zeng Yuqun, основателят на ATL, планира да направи бизнеса с батерии независим, да позволи на китайския капитал да участва в него и да намали дяловете на компанията майка TDK, но не получи одобрение.Така Zeng Yuqun основа ерата Ningde (catl) и постигна напредък в първоначалното натрупване на технологии и стана черен кон.

По отношение на технологичния път, BYD избира безопасна и рентабилна литиево-желязо-фосфатна батерия, която е различна от тройната литиева батерия с висока енергийна плътност в ерата Ningde.Това е свързано с бизнес модела на BYD.Уанг Чуанфу, основателят на компанията, препоръчва „изяждането на бастун докрай“.Освен стъклото и гумите, почти всички други части на автомобила се произвеждат и продават от самия него, след което се конкурират с външния свят с ценово предимство.Въз основа на това BYD е твърдо на второ място на вътрешния пазар от дълго време.

Но предимството на BYD е и неговата слабост: произвежда батерии и продава автомобили, което кара другите производители на автомобили естествено да не се доверяват и предпочитат да дават поръчки на конкурентите, а не на себе си.Например, Tesla, въпреки че технологията за батерии LiFePO4 на BYD е натрупала повече, все още избира същата технология от ерата Ningde.За да промени ситуацията, BYD планира да отдели захранващата батерия и да пусне „блейд батерията“.

След реформата и отварянето литиевата батерия е една от малкото области, които могат да наваксат развитите страни.Причините са следните: първо, държавата отдава голямо значение на стратегическата защита;второ, не е твърде късно да започнете;трето, вътрешният пазар е достатъчно голям;четвърто, група от амбициозни технически експерти и предприемачи работят заедно, за да пробият.Но ако увеличим мащаба, точно като името на ерата Ningde, икономическите постижения на Китай и ерата на електрическите превозни средства оформят ерата Ningde.

Днес Китай не изостава от развитите страни в изследванията на анодни материали и електролити, но все още има някои недостатъци, като сепаратор на литиева батерия, енергийна плътност и т.н.Очевидно натрупването на технологии на Запада, Япония и Южна Корея все още има някои предимства.Например, въпреки че Ningde times е класиран на първо място в глобалния пазар на батерии от няколко години, националните и чуждестранните доклади за индустриални проучвания все още посочват Panasonic и LG на първо място, докато Ningde times и BYD са на второ място.

 

5. Заключение
 

Несъмнено с по-нататъшното развитие на свързаните с това изследвания в бъдеще, разработването и прилагането на литиеви батерии в света ще постави началото на по-широка перспектива, която ще насърчи енергийната реформа и иновациите на човешкото общество и ще даде нов тласък на устойчивото развитие на икономиката и обществото и укрепване на опазването на околната среда.Като водеща автомобилна компания в индустрията, Tesla е като сом.Докато стимулира разработването на нови енергийни превозни средства, той също така поема водеща роля в предизвикателството на пазара на литиеви батерии.

Zeng Yuqun веднъж разкри вътрешната история на съюза си с Tesla: Мъск цял ден говори за разходите.Изводът е, че Tesla намалява цената на батериите.Въпреки това, трябва да се отбележи, че в процеса на бързата епоха на Tesla и Ningde на китайския пазар, както превозното средство, така и батерията не трябва да пренебрегват проблема с качеството поради цената.След като това стане, първоначалната вътрешна серия от добронамерени политики ще бъде значително намалена по значение.

Освен това има една мрачна реалност.Въпреки че Китай доминира на пазара на литиеви батерии, най-основните технологии и патенти на литиево-железен фосфат и трикомпонентни материали не са в ръцете на китайския народ.В сравнение с Япония, Китай има голяма празнина в човешки и капиталови инвестиции в изследвания и разработки на литиеви батерии.Това подчертава важността на фундаменталните научни изследвания, които зависят от дългосрочната постоянство и инвестиции на държавата, научноизследователските институции и предприятията.

Понастоящем литиевите батерии се движат към третото поколение след предишните две поколения литиево-кобалтов оксид, литиево-железен фосфат и троен литий.Тъй като основните технологии и патенти от първите две поколения са разделени от чуждестранни компании, Китай няма достатъчно основни предимства, но може да успее да обърне ситуацията в следващото поколение чрез ранно оформление.С оглед на пътя на промишленото развитие на фундаментални изследвания и разработки, приложни изследвания и разработване на продукти от материали за батерии, трябва да сме подготвени за дългосрочна война.

Трябва да се отбележи, че разработването и прилагането на литиеви батерии в Китай все още са изправени пред много предизвикателства.Например, при действителното използване на нови енергийни превозни средства с литиева батерия, все още има някои проблеми, като ниска енергийна плътност, лошо представяне при ниски температури, дълго време за зареждане, кратък експлоатационен живот и т.н.

От 2019 г. Китай отмени „белия списък“ на батериите и чуждестранни предприятия като LG и Panasonic се завърнаха на китайския пазар с изключително бърза офанзива на оформлението.В същото време, с нарастващия натиск върху цената на литиевите батерии, конкуренцията на вътрешния пазар става все по-интензивна.Това ще принуди съответните предприятия да спечелят предимството в пълна конкуренция с по-висока производителност на разходите за продукти и способност за по-бърза реакция на пазара, така че да се насърчи надграждането и непрекъснатия растеж на китайската индустрия за литиеви батерии.


Време на публикуване: 16 март 2021 г
Търсите ли повече информация за професионалните продукти и решения за захранване на DET Power?Разполагаме с експертен екип, готов да ви помогне винаги.Моля, попълнете формуляра и наш търговски представител ще се свърже с вас скоро.