battery factoryban

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

На сутринта на 21 април 2014 г. мускусът се качи с парашут в Пекин Qiaofu Fangcao с частен самолет и отиде до Министерството на науката и технологиите на Китай за първата спирка, за да проучи бъдещето за влизането на Тесла в Китай. Министерството на науката и технологиите винаги е насърчавало Tesla, но този път мускус затвори вратата и получи следния отговор: Китай обмисля данъчната реформа на електрическите превозни средства. Преди приключването на реформата моделите все още ще трябва да плащат 25% тарифа като традиционните превозни средства.

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

Оттогава Tesla е била на ръба на фалита няколко пъти, тъй като пазарът обикновено е мечи и проблемът с дистоцията е довел до половин годишен цикъл на събиране на клиенти. В резултат на това мускусът се срина и дори пуши марихуана на живо, спи всеки ден във фабрика в Калифорния, за да следи напредъка. Най-добрият начин за решаване на проблема с капацитета е изграждането на супер фабрики в Китай. За тази цел мускус извика в речта си в Хонконг: за китайските клиенти той дори се научи да използва wechat.

 

Времето лети. На 7 януари 2020 г. мускусът отново дойде в Шанхай и достави първата партида от местни ключове модел 3 на китайските собственици на автомобили в завода на Tesla Shanghai Super. Първите му думи бяха: Благодаря на китайското правителство. Той също имаше танц на гърба на място. Оттогава, с рязкото намаляване на цените на вътрешния модел 3, много хора в и извън индустрията казаха с ужас: краят на новите енергийни превозни средства в Китай идва.

През изминалата година обаче Tesla е преживяла мащабни инциденти с преобръщане, включително самозапалване на батерията, излизане от контрол на двигателя, отлетящ прозорец и т.н. А отношението на Тесла е станало „разумно“ или арогантно. Напоследък, поради прекъсването на електрозахранването на новите автомобили, Tesla е критикувана от централните медии. Относително казано, проблемът със свиването на батериите на Tesla е много често срещан, собствениците на автомобили в Интернет да изобличават гласа също един след друг.

С оглед на това държавните органи официално предприеха действия. Наскоро Главната администрация за надзор на пазара и други пет отдела интервюираха Tesla, което включваше главно проблеми като необичайно ускорение, пожар на батерията, дистанционно надстройка на автомобила и др. Както всички знаем, битовите литиево-железни фосфатни батерии се използват основно в битовия модел 3 .

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

 

1 / Важният инструмент на времето

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

През 20-ти век човечеството е създало повече богатства от сумата от предходните 2000 години. Сред тях науката и технологиите могат да се разглеждат като решаваща сила за насърчаване на глобалната цивилизация и икономическото развитие. През последните сто години научните и технологични изобретения, създадени от човешки същества, са блестящи като звездите и две от тях са признати, че имат далечно влияние върху историческия процес. Първият е транзисторите, без които нямаше да има компютри; втората е литиево-йонни батерии, без които светът би бил невъобразим。

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 новата революция в енергийните превозни средства и създаването на повече мобилни устройства, индустрията на литиевите батерии ще има светло бъдеще. Например годишната изходна стойност само на литиеви батерийни клетки е достигнала 200 милиарда юана и бъдещето е точно зад ъгъла.

Плановете и графиците за бъдещо премахване на превозни средства с гориво, формулирани от различни страни по света, също ще бъдат „черешка на тортата“. Най-ранната 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, производството на литиеви батерии ще продължи да процъфтява в продължение на десетилетия. Може да се каже, че който притежава основната технология на литиевата батерия, означава да има скиптър, който да доминира в индустрията.

 

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

През годините Европа и САЩ, Китай, Япония и Южна Корея започнаха ожесточена конкуренция и дори спорове в областта на литиевите батерии, в които участваха много известни учени, много водещи университети и изследователски институции, както и гиганти и капиталови консорциуми в петролна, химическа, автомобилна, научна и технологична индустрия. Кой би си помислил, че пътят на развитие на световната литиево-акумулаторна индустрия е същият като този на полупроводниците: той произхожда от Европа и САЩ, по-силен от Япония и Южна Корея и накрая става доминиран от Китай.

През 70-те и 80-те години технологията на литиевите батерии се появява в Европа и Америка. По-късно американците последователно изобретяват литиево-кобалтов оксид, литиево-манганов оксид и литиево-железни фосфатни батерии, които поемат водещата роля в индустрията. През 1991 г. Япония беше първата, която индустриализира литиево-йонните батерии, но след това пазарът продължи да се свива. Южна Корея, от друга страна, разчита на държавата да я тласне напред. В същото време, със силната подкрепа на правителството, Китай направи литиевата батерия първата в света стъпка по стъпка.

В еволюцията на индустрията на литиеви батерии Европа, Америка и Япония изиграха важна роля за насърчаване на технологиите. През 2019 г. Нобеловата награда за химия беше присъдена на американски учени Джон Гудинаф, Стенли Уайтингъм и японски учен Йошино като признание за техния принос в изследванията и развитието на литиево-йонни батерии. Тъй като учени от САЩ и Япония спечелиха Нобелова награда, може ли Китай наистина да поеме водеща роля в основната технология на литиевите батерии?

 

2 / Люлката на литиевата батерия 

Развитието на глобалната технология за литиеви батерии трябва да следва дълъг път. В началото на 70-те години, в отговор на петролната криза, Exxon създава изследователска лаборатория в Ню Джърси, привличайки голям брой най-добри таланти във физиката и химията, включително Стенли Уайтингъм, постдокторант по електрохимия в твърдо състояние 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 изследванията и разработването на батерии от следващо поколение. Дори ако изследването е свързано, „парите не са проблем.“. След близо пет години изключително поверителни изследвания, Уайтингъм и неговият екип за първи път разработиха първата в света акумулаторна литиево-йонна батерия.

Тази литиева батерия креативно използва титанов сулфид като катоден материал и литий като аноден материал. Той има предимствата на леко тегло, голям капацитет и без ефект на паметта. В същото време тя изхвърля недостатъците на предишната батерия, което може да се каже като качествен скок. През 1976 г. Exxon кандидатства за първия патент за изобретение на литиеви батерии в света, но не се възползва от индустриализацията. Това обаче не засяга репутацията на Уайтингъм като „баща на лития“ и статута му в света.

Въпреки че изобретението на Уайтингам е вдъхновило индустрията, изгарянето и вътрешното смачкване на акумулатора силно обезпокои екипа, включително Гудинаф. Следователно той и двама докторанти продължиха да изследват периодичната система систематично. През 1980 г. те най-накрая решават, че най-добрият материал е кобалтът. Литиевият кобалтов 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 окупира пазара.

Оттогава технологията на човешките батерии направи съществена крачка напред. Какво би станало без литиев кобалтит? Накратко, защо „големият мобилен телефон“ беше толкова голям и тежък? Защото няма литиево-кобалтова батерия. Въпреки това, въпреки че литиево-кобалтовият оксид има много предимства, неговите недостатъци са изложени след широкомащабно приложение, включително висока цена, лоша устойчивост на презареждане и ефективност на цикъла и сериозно замърсяване с отпадъци.

Така Goodinav и неговият ученик Майк Thackeray продължиха да търсят по-добри материали. През 1982 г. Thackeray изобретява новаторска литиево-манганатна батерия. Но скоро той прескочи до Националната лаборатория в Аргон (ANL), за да проучи литиеви батерии. А Гудинаф и неговият екип продължават да търсят алтернативни материали, като свеждат списъка до комбинация от желязо и фосфор, като отново систематично разменят металите в периодичната таблица.

В крайна сметка желязото и фосфорът не формират конфигурацията, която екипът иска, но те формират друга структура: след licoo3 и LiMn2O4, официално се ражда третият катоден материал за литиево-йонни батерии: LiFePO4. Следователно трите най-важни положителни електроди от литиево-йонна батерия са родени в лабораторията на Динаф от древни времена. Той също се превърна в люлката на литиевите батерии в света с раждането на гореспоменатите двама химици от Нобелова награда.

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

 

3 / Трансфер на технологии

С развитието на технологичното приложение има спешен проблем, който трябва да бъде решен в отрицателния електрод на литиево-кобалтовия оксиден акумулатор, така че той не е индустриализиран бързо. По това време литиевият метал се използва като аноден материал на литиевите батерии. Въпреки че може да осигури доста висока енергийна плътност, имаше много проблеми, включително постепенно прахообразно на анодния материал и загуба на активност, а растежът на литиеви дендрити може 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 глобалните разработки. Няма обаче информация кога и къде е получена технология за литиев кобалтит. През 1991 г. Sony пусна първата търговска литиево-йонна батерия в историята на човечеството и постави няколко цилиндрични батерии с литиев кобалтов оксид в най-новата камера ccd-tr1. Оттогава лицето на световната потребителска електроника е пренаписано. 

Йошино взе това важно решение. Той е пионер в използването на въглерод (графит) вместо литий като анод на литиева батерия и в комбинация с литиево-кобалтов оксиден катод. Това основно подобрява капацитета и живота на цикъла на литиевата батерия и намалява разходите, което е последната сила за индустриализацията на литиевата батерия. Оттогава китайските и корейските предприятия се вляха във вълната на литиевата батерия и по това време бяха създадени нови енергийни технологии (ATL).

Поради кражбата на технологии, „алиансът за правата“, иницииран от Тексаския университет и някои предприятия, владееше мечове по целия свят, което доведе до сблъсъци на патенти, включващи много страни и компании. Докато хората все още смятат, че LiFePO4 е най-подходящата захранваща батерия, нова система от катодни материали, съчетаваща предимствата на литиевия ниобат, литиевия кобалт и литиевия манган, тихо се роди в лаборатория в Канада.

През април 2001 г. Джеф Дан, професор по физика в Университета в Далхус и главен учен на 3M група Канада, изобретява мащабен търговски композитен катоден материал от никел-кобалт-манган, който насърчава литиевата батерия да пробие последната стъпка от навлизането на пазара . На 27 април същата година 3M кандидатства в САЩ за патента, който е основният основен патент на тройни материали. Това означава, че докато в троичната система никой не може да се придвижва.

Почти по същото време Националната лаборатория на Аргон (ANL) за първи път предлага концепцията за богат литий и на тази основа изобретява многослойни богати на литий и високо манганови трикомпонентни материали и успешно кандидатства за патент през 2004 г. И лицето, отговарящо за това технологично развитие е thackerel, който е изобретил литиев манганат. До 2012 г. Тесла започва да пробива инерцията на постепенно покачване. Мъск предложи няколко пъти висока заплата за набиране на хора от отдела за научноизследователска и развойна дейност на литиевата батерия на 3M.

Възползвайки се от възможността, 3M прокара лодката по течението, прие стратегията „хората си отиват, но патентните права остават“, напълно разформирова отдела за батерии и реализира по-високи 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. общо над десет предприятия.

Патентите на Anl се предоставят само на три компании: BASF, германски химически гигант, индустрии Toyoda, японска фабрика за катодни материали и LG, южнокорейска компания. По-късно, около основната патентна конкуренция на троични материали, се сформират два водещи университетски изследователски съюза. Това на практика оформи „вродената“ технологична сила на предприятията с литиеви батерии в западната Япония и Южна Корея, докато Китай не спечели много.

 

4 / Възходът на китайските предприятия

Тъй като Китай не е усвоил основната технология, как пречупи ситуацията? Изследванията на китайските литиеви батерии не са твърде късно, почти синхронизирани със света. В края на 70-те години, по препоръка на Чен Ликуан, академик на Китайската инженерна академия в Германия, Институтът по физика на Китайската академия на науките създава първата в Китай твърдост йонна лаборатория и започва изследванията върху литиево йонни проводници и литиеви батерии. През 1995 г. в Института по физика на Китайската академия на науките се ражда първата литиева батерия в Китай.

В същото време, благодарение на възхода на потребителската електроника през 90-те години, литиевите батерии в Китай се повишиха едновременно и появата на „четири гиганта“, а именно Lishen, BYD, bick и ATL. Въпреки че Япония ръководи развитието на индустрията, поради дилемата за оцеляване, Sanyo Electric продава на Panasonic, а Sony продава своя бизнес с литиеви батерии на производството на Murata. В ожесточената конкуренция на пазара само BYD и ATL са „голямата четворка“ в Китай.

През 2011 г. "белият списък" на субсидията на китайското правителство блокира предприятия, финансирани от чужбина. След като е придобита от японския капитал, самоличността на ATL е остаряла. Така Zeng Yuqun, основателят на ATL, планира да направи бизнеса с енергийните батерии независим, да позволи на китайския капитал да участва в него и да разреди акциите на компанията майка TDK, но той не получи одобрение. Така Zeng Yuqun основава ерата Ningde (catl), постига напредък в натрупването на оригинални технологии и става черен кон.

По отношение на технологичния път, BYD избира безопасна и рентабилна литиево-железна фосфатна батерия, която е различна от литиевата трикомпонентна батерия с висока енергийна плътност в ерата на Нингде. Това е свързано с бизнес модела на BYD. Уанг Чуанфу, основателят на компанията, се застъпва за „яденето на бастун докрай“. Освен стъклото и гумите, почти всички останали части на автомобила се произвеждат и продават сами, а след това се конкурират с външния свят с ценово предимство. Въз основа на това, BYD е твърдо на второ място на вътрешния пазар за дълго време.

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

След реформата и отварянето на пазара литиевата батерия е едно от малкото полета, които могат да настигнат развитите страни. Причините са следните: първо, държавата отдава голямо значение на стратегическата защита; второ, не е късно да започнете; трето, вътрешният пазар е достатъчно голям; четвърто, група амбициозни технически експерти и предприемачи работят заедно, за да пробият. Но ако приближим, точно както името на ерата на Нингде, това са икономическите постижения на Китай и ерата на електрическите превозни средства, които оформят ерата на Нингде.

В днешно време Китай не изостава от развитите страни в изследванията на анодни материали и електролити, но все пак има някои недостатъци, като сепаратор на литиеви батерии, енергийна плътност и т.н. Очевидно технологичното натрупване на Запад, Япония и Южна Корея все още има някои предимства. Например, въпреки че Ningde times е класиран на първо място на световния пазар на батерии от няколко години, местните и чуждестранни индустриални доклади все още изброяват Panasonic и LG на първо място, докато Ningde times и BYD са на второ място.

 

5. Заключение
 

Несъмнено, с по-нататъшното развитие на свързани изследвания в бъдеще, развитието и приложението на литиеви батерии в света ще доведе до 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 бранша, Tesla е като сом. Въпреки че стимулира развитието на нови енергийни превозни средства, той също така поема водеща роля в предизвикателството на пазарната среда на литиевите батерии.

Веднъж Дзен Юкун разкри вътрешната история на съюза си с Тесла: мускус цял ден говори за разходи. Изводът е, че Tesla намалява цената на батериите. Трябва обаче да се отбележи, че в процеса на бързината на ерата на Tesla и Ningde на китайския пазар, както превозното средство, така и батерията не трябва да пренебрегват проблема с качеството поради цената. Щом това стане, първоначалната вътрешна поредица от добронамерени политики ще бъде значително намалена по значение.

Освен това има мрачна реалност. Въпреки че Китай доминира на пазара на литиеви батерии, най-основните технологии и патенти на литиев железен фосфат и трикомпонентни материали не са в ръцете на китайския народ. В сравнение с Япония, Китай има голяма разлика в човешките и капиталовите инвестиции в научноизследователската и развойна дейност на литиеви батерии. Това подчертава значението на основните научни изследвания, които зависят от дългосрочната устойчивост и инвестиции на държавата, научноизследователските институции и предприятия.

Понастоящем литиевите батерии се придвижват към третото поколение след предходните две поколения литиев кобалтов оксид, литиев железен фосфат и литиев трикомпонент. Тъй като основните технологии и патентите 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 индустриалното развитие на основните изследвания и разработки, приложните изследвания и разработването на продукти на батерийни материали, ние трябва да сме подготвени за дългосрочна война.

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

От 2019 г. Китай отмени "белия списък" на батериите, а чуждестранни предприятия като LG и Panasonic се завърнаха на китайския пазар с изключително бърза офанзива. 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 при пълна конкуренция с по-висока производителност на продукта и по-бърза способност за реакция на пазара, така че да насърчи надграждането и непрекъснатия растеж на китайската литиева батерия.


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