Betyder ledande på den globala marknaden för litiumbatterier att Kina har bemästrat kärntekniken (1)

På morgonen den 21 april 2014 hoppade mysk i fallskärm i Beijing Qiaofu Fangcao med privatplan och gick till Kinas vetenskaps- och teknikministerium för det första stoppet för att utforska framtiden för Teslas inträde i Kina.Ministeriet för vetenskap och teknik har alltid uppmuntrat Tesla, men den här gången stängde Musk dörren och fick följande svar: Kina överväger skattereformen av elfordon.Innan reformen slutförs kommer modeller fortfarande att behöva betala 25 % taxa som traditionella bränslefordon.

Så musk planerar att "ropa" sig igenom toppmötet för geek Park innovatörer.I Zhongshans stora sal har Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming och andra suttit på scenen.Och mysk väntade bakom scenen, tog fram sin mobiltelefon och twittrade.När musiken ljöd steg han fram till scenen, jublande och applåder.Men när han kom tillbaka till USA twittrade han och klagade: "i Kina är vi som en krypande baby."

Sedan dess har Tesla varit på randen till konkurs flera gånger eftersom marknaden generellt är baisse och dystociproblemet har lett till en halvårs lång kundinsamlingscykel.Som ett resultat kollapsade mysk och till och med rökte marijuana live och sov i en fabrik i Kalifornien varje dag för att övervaka framstegen.Det bästa sättet att lösa kapacitetsproblemet är att bygga superfabriker i Kina.För detta ändamål grät Musk i sitt tal i Hong Kong: för kinesiska kunder lärde han sig till och med att använda wechat.

 

Tiden flyger.Den 7 januari 2020 kom mysk till Shanghai igen och levererade den första satsen inhemska modell 3 nycklar till kinesiska bilägare i Tesla Shanghai Super-fabriken.Hans första ord var: Tack till den kinesiska regeringen.Han hade också en ryggdans på plats.Sedan dess, med den kraftiga prissänkningen av inhemsk modell 3, har många människor inom och utanför branschen sagt förskräckt: slutet för Kinas nya energifordon är på väg.

Men under det senaste året har Tesla upplevt storskaliga vältningsincidenter, inklusive spontan förbränning av batteriet, motorn ur kontroll, takfönster som flyger iväg, etc. Och Teslas attityd har blivit "rimlig" eller arrogant.Nyligen, på grund av strömavbrott i nya bilar, har Tesla kritiserats av centrala medier.Relativt sett är Tesla batteri krympning problem mycket vanligt, bilägare på Internet fördöma rösten också en efter en.

Mot bakgrund av detta vidtog de statliga organen officiellt åtgärder.Nyligen intervjuade den allmänna förvaltningen för marknadsövervakning och andra fem avdelningar Tesla, vilket huvudsakligen innebar problem som onormal acceleration, batteribrand, fjärruppgradering av fordon etc. Som vi alla vet används inhemska litiumjärnfosfatbatterier i princip i inhemsk modell 3 .

Hur viktigt är ett litiumbatteri?När vi ser tillbaka på den industriella utvecklingens gång, förstår Kina verkligen kärntekniken?Hur uppnår man framgång?

 

1/ Tidens viktiga verktyg

 Betyder ledande på den globala marknaden för litiumbatterier att Kina har bemästrat kärntekniken (2)

Under 1900-talet skapade mänskligheten mer rikedom än summan av de föregående 2000 åren.Bland dem kan vetenskap och teknik betraktas som en avgörande kraft för att främja global civilisation och ekonomisk utveckling.Under de senaste hundra åren har vetenskapliga och tekniska uppfinningar skapade av människor varit lika lysande som stjärnor, och två av dem anses ha långtgående inflytande på den historiska processen.Den första är transistorer, utan vilka det inte skulle finnas några datorer;det andra är litiumjonbatterier, utan vilka världen skulle vara otänkbar.

Idag har litiumbatterier använts i miljarder mobiltelefoner, bärbara datorer och andra elektroniska produkter varje år, såväl som miljontals nya energifordon, och till och med alla bärbara enheter på jorden som behöver laddas.Dessutom, med tillkomsten av den nya energifordonsrevolutionen och skapandet av fler mobila enheter, kommer litiumbatteriindustrin att ha en ljus framtid.Till exempel har bara det årliga produktionsvärdet för litiumbattericeller nått 200 miljarder yuan, och framtiden är precis runt hörnet.

Planerna och scheman för framtida eliminering av bränslefordon som formulerats av olika länder i världen kommer också att vara "grädde på moset".Den tidigaste är Norge 2025, och USA, Japan och många europeiska länder runt 2035. Kina har ingen tydlig tidsplan.Om det inte finns någon ny teknik i framtiden kommer litiumbatteriindustrin att fortsätta att blomstra i årtionden.Man kan säga att den som äger kärntekniken för litiumbatterier betyder att ha spiran att dominera branschen.

 

Västeuropeiska länder sätter en tidsplan för att fasa ut bränslefordon

Under årens lopp har Europa och USA, Kina, Japan och Sydkorea lanserat hård konkurrens och till och med bråk på området litiumbatterier, som involverat många kända forskare, många toppuniversitet och forskningsinstitutioner, såväl som jättar och kapitalkonsortier i petroleum-, kemi-, bil-, vetenskaps- och teknikindustrin.Vem skulle ha trott att utvecklingsvägen för den globala litiumbatteriindustrin var densamma som för halvledare: den har sitt ursprung i Europa och USA, starkare än Japan och Sydkorea, och blev slutligen dominerad av Kina.

På 1970- och 1980-talen kom litiumbatteritekniken till i Europa och Amerika.Senare uppfann amerikaner successivt litiumkoboltoxid, litiummanganoxid och litiumjärnfosfatbatterier, som tog ledningen i branschen.1991 var Japan först med att industrialisera litiumjonbatterier, men sedan fortsatte marknaden att krympa.Sydkorea, å andra sidan, förlitar sig på att staten driver det framåt.Samtidigt, med starkt stöd från regeringen, har Kina gjort litiumbatteriindustrin till den första i världen steg för steg.

I utvecklingen av litiumbatteriindustrin har Europa, Amerika och Japan spelat en viktig roll för att främja teknik.År 2019 delades Nobelpriset i kemi ut till de amerikanska forskarna John goodinaf, Stanley whitingham och den japanske forskaren Yoshino som ett erkännande för deras bidrag till forskning och utveckling av litiumjonbatterier.Eftersom forskare från USA och Japan har vunnit Nobelpriset, kan Kina verkligen ta ledningen i kärntekniken för litiumbatterier?

 

2/ Litiumbatteriets vagga 

Utvecklingen av global litiumbatteriteknik har ett långt spår att följa.I början av 1970-talet, som svar på oljekrisen, startade Exxon ett forskningslaboratorium i New Jersey, som lockade ett stort antal topptalanger inom fysik och kemi, inklusive Stanley whitingham, en postdoktor i elektrokemi i fasta tillstånd vid Stanford University.Dess mål är att rekonstruera en ny energilösning, det vill säga att utveckla en ny generation laddningsbara batterier.

Samtidigt har Bell Labs satt upp ett team av kemister och fysiker från Stanford University.De två sidorna har lanserat en extremt hård konkurrens inom forskning och utveckling av nästa generations batterier.Även om forskningen är relaterad är "pengar inte ett problem".Efter nästan fem år av mycket konfidentiell forskning utvecklade whitingham och hans team först världens första uppladdningsbara litiumjonbatteri.

Detta litiumbatteri använder kreativt titansulfid som katodmaterial och litium som anodmaterial.Den har fördelarna med låg vikt, stor kapacitet och ingen minneseffekt.Samtidigt kasserar den bristerna med det tidigare batteriet, vilket kan sägas vara ett kvalitativt språng.1976 ansökte Exxon om världens första uppfinningspatent för litiumbatterier, men gynnades inte av industrialiseringen.Detta påverkar dock inte Whitinghams rykte som "litiums fader" och hans status i världen.

Även om Whitinghams uppfinning inspirerade industrin, oroade förbränning av batteriladdning och intern krossning teamet, inklusive gudinaf.Därför fortsatte han och två postdoktorala assistenter att systematiskt utforska det periodiska systemet.1980 beslutade de slutligen att det bästa materialet var kobolt.Litiumkoboltoxid, som kan användas som katod för litiumjonbatterier, är vida överlägsen alla andra material vid den tiden och ockuperade snabbt marknaden.

Sedan dess har mänsklig batteriteknik tagit ett betydande steg framåt.Vad skulle hända utan litiumkoboltit?Kort sagt, varför var den "stora mobiltelefonen" så stor och tung?Det beror på att det inte finns något litiumkoboltbatteri.Men även om litiumkoboltoxidbatteri har många fördelar, exponeras dess nackdelar efter storskalig applicering, inklusive höga kostnader, dålig överladdningsbeständighet och cykelprestanda och allvarliga avfallsföroreningar.

Så goodinav och hans elev Mike Thackeray fortsatte att leta efter bättre material.1982 uppfann Thackeray ett banbrytande litiummanganatbatteri.Men snart hoppade han till Argonne National Laboratory (ANL) för att studera litiumbatterier.Och goodinaf och hans team fortsätter att leta efter alternativa material och reducerar listan till en kombination av järn och fosfor genom att återigen systematiskt byta ut metallerna i det periodiska systemet.

Till slut bildade inte järn och fosfor den konfiguration som teamet ville ha, men de bildade en annan struktur: efter licoo3 och LiMn2O4 föddes officiellt det tredje katodmaterialet för litiumjonbatterier: LiFePO4.Därför föddes de tre viktigaste litiumjonbatteriets positiva elektroder alla i dinafs laboratorium sedan urminnes tider.Det har också blivit litiumbatteriernas vagga i världen, med födelsen av de ovan nämnda två nobelpriskemisterna.

1996 ansökte University of Texas om patent på uppdrag av goodinafs laboratorium.Detta är det första grundläggande patentet för LiFePO4-batterier.Sedan dess har Michelle Armand, en fransk litiumforskare, anslutit sig till teamet och ansökt med dinaf om patentet för LiFePO4 kolbeläggningsteknologi, vilket blir det andra grundpatentet för LiFePO4.Dessa två patent är kärnpatenten som inte kan kringgås i alla fall.

 

3/ Tekniköverföring

Med utvecklingen av teknologiapplikationer finns det ett akut problem som ska lösas i den negativa elektroden på litiumkoboltoxidbatteri, så det har inte industrialiserats snabbt.På den tiden användes litiummetall som anodmaterial för litiumbatterier.Även om det kunde ge ganska hög energitäthet, fanns det många problem, inklusive den gradvisa pulveriseringen av anodmaterialet och förlusten av aktivitet, och tillväxten av litiumdendriter kunde tränga igenom diafragman, vilket resulterade i kortslutning eller till och med förbränning och explosion av membranet. batteri.

När problemet var mycket svårt dök japanerna upp.Sony har utvecklat litiumbatterier under lång tid, och har ägnat stor uppmärksamhet åt den globala utvecklingen.Det finns dock ingen information om när och var litiumkoboltitteknik erhölls.1991 släppte Sony det första kommersiella litiumjonbatteriet i mänsklighetens historia och satte flera cylindriska litium-koboltoxidbatterier i den senaste ccd-tr1-kameran.Sedan dess har ansiktet på världens hemelektronik skrivits om.

Det var Yoshino som tog detta viktiga beslut.Han var banbrytande för användningen av kol (grafit) istället för litium som anod för litiumbatteri, och i kombination med litiumkoboltoxidkatod.Detta förbättrar i grunden kapaciteten och livslängden för litiumbatterier och minskar kostnaderna, vilket är den sista kraften för industrialiseringen av litiumbatterier.Sedan dess har kinesiska och koreanska företag strömmat in i vågen av litiumbatteriindustrin, och ny energiteknik (ATL) etablerades vid denna tidpunkt.

På grund av stöld av teknik har "rättighetsalliansen" som initierats av University of Texas och vissa företag använt svärd över hela världen, vilket resulterat i patentbråk som involverat många länder och företag.Medan folk fortfarande tror att LiFePO4 är det mest lämpliga strömbatteriet, har ett nytt katodmaterialsystem som kombinerar fördelarna med litiumniobat, litiumkobolt och litiummangan i tysthet fötts i ett laboratorium i Kanada.

I april 2001 uppfann Jeff Dann, professor i fysik vid dalhous University och chefsforskare för 3M-gruppen Kanada, ett storskaligt kommersiellt nickelkobolt-mangan-ternärt sammansatt katodmaterial, som främjade litiumbatteriet att bryta igenom det sista steget att komma in på marknaden .Den 27 april samma år ansökte 3M till USA om patentet, som är det grundläggande kärnpatentet för ternära material.Det betyder att så länge som i det ternära systemet kan ingen ta sig runt.

Nästan samtidigt föreslog Argonne National Laboratory (ANL) för första gången konceptet med rikt litium, och på grundval av detta uppfann de skiktade litiumrika och högmanganrika ternära material, och ansökte framgångsrikt om patent 2004. Och den person som ansvarar för denna teknikutveckling är thackerel, som uppfann litiummanganat.Fram till 2012 började Tesla bryta farten av gradvis uppgång.Musk erbjöd flera gånger hög lön för att rekrytera personer från 3M:s FoU-avdelning för litiumbatterier.

Genom att ta tillfället i akt drev 3M båten längs med strömmen, antog strategin "människor går, men patenträttigheter kvarstår", upplöste batteriavdelningen helt och gjorde högre vinster genom att exportera patent och tekniskt samarbete.Patenten beviljades till ett antal japanska och koreanska litiumbatteriföretag som Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F och SK, samt katodmaterial som Shanshan, Hunan Ruixiang och Beida Xianxian i Kina. mer än tio företag totalt.

Anls patent beviljas bara tre företag: BASF, en tysk kemijätte, Toyoda industries, en japansk katodmaterialfabrik och LG, ett sydkoreanskt företag.Senare, kring kärnpatentkonkurrensen för ternära material, bildades två toppindustriallianser för universitetsforskning.Detta har praktiskt taget format den "medfödda" tekniska styrkan hos litiumbatteriföretag i väst, Japan och Sydkorea, medan Kina inte har vunnit mycket.

 

4/ Uppkomsten av kinesiska företag

Eftersom Kina inte behärskar kärntekniken, hur bröt den situationen?Kinas litiumbatteriforskning är inte för sent, nästan synkroniserad med världen.I slutet av 1970-talet, under rekommendation av Chen Liquan, en akademiker vid den kinesiska ingenjörsakademin i Tyskland, etablerade Institutet för fysik vid den kinesiska vetenskapsakademin det första fasta jonlaboratoriet i Kina och startade forskningen om litium- jonledare och litiumbatterier.1995 föddes Kinas första litiumbatteri i Institutet för fysik, kinesiska vetenskapsakademin.

Samtidigt, tack vare framväxten av hemelektronik på 1990-talet, har Kinas litiumbatterier stigit samtidigt, och framväxten av "fyra jättar", nämligen Lishen, BYD, bick och ATL.Även om Japan ledde utvecklingen av industrin, på grund av överlevnadsdilemmat, sålde Sanyo Electric till Panasonic och Sony sålde sin litiumbatteriverksamhet till Murata-produktionen.I den hårda konkurrensen på marknaden är det bara BYD och ATL som är de "fyra stora" i Kina.

Under 2011 blockerade den kinesiska regeringens subventions "vita lista" utlandsfinansierade företag.Efter att ha förvärvats av japanskt kapital blev ATL:s identitet inaktuell.Så Zeng Yuqun, grundaren av ATL, planerade att göra kraftbatteriverksamheten oberoende, låta kinesiskt kapital delta i den och späda ut aktierna i moderbolaget TDK, men han fick inget godkännande.Så Zeng Yuqun grundade Ningde-eran (catl), och gjorde framsteg i den ursprungliga teknikackumuleringen och blev en svart häst.

När det gäller teknikväg väljer BYD ett säkert och kostnadseffektivt litiumjärnfosfatbatteri, som skiljer sig från det ternära litiumbatteriet med hög energidensitet i Ningde-eran.Detta är relaterat till BYD:s affärsmodell.Wang Chuanfu, grundaren av företaget, förespråkar att "äta en käpp till slutet".Förutom glaset och däcken tillverkas och säljs nästan alla andra delar av en bil av sig själv och konkurrerar sedan med omvärlden med en prisfördel.Baserat på detta ligger BYD sedan länge på andra plats på hemmamarknaden.

Men BYD:s fördel är också dess svaghet: det tillverkar batterier och säljer bilar, vilket gör att andra biltillverkare naturligtvis misstro och föredrar att ge order till konkurrenter snarare än sig själva.Till exempel väljer Tesla, även om BYD:s LiFePO4-batteriteknologi har ackumulerat mer, fortfarande samma teknik från Ningde-eran.För att förändra situationen planerar BYD att separera strömbatteriet och starta "bladbatteriet".

Sedan reformen och öppnandet är litiumbatteri ett av få områden som kan komma ikapp utvecklade länder.Skälen är följande: för det första lägger staten stor vikt vid strategiskt skydd;för det andra är det inte för sent att börja;för det tredje är den inhemska marknaden tillräckligt stor;För det fjärde arbetar en grupp blivande tekniska experter och företagare tillsammans för att slå igenom.Men om vi zoomar in, precis som namnet på Ningde-eran, är det Kinas ekonomiska landvinningar och eran av elfordon som formar Ningde-eran.

Nuförtiden ligger Kina inte efter de utvecklade länderna i forskningen om anodmaterial och elektrolyter, men det finns fortfarande några brister, såsom litiumbatteriseparator, energitäthet och så vidare.Uppenbarligen har teknikackumuleringen i väst, Japan och Sydkorea fortfarande vissa fördelar.Till exempel, även om Ningde times har rankats först på den globala batterimarknaden i flera år, listar inhemska och utländska industriforskningsrapporter fortfarande Panasonic och LG i första raden, medan Ningde times och BYD är i andra rankningen.

 

5. Sammanfattning
 

Utan tvekan, med den fortsatta utvecklingen av relaterad forskning i framtiden, kommer utvecklingen och tillämpningen av litiumbatterier i världen att inleda ett bredare perspektiv, vilket kommer att främja energireformen och innovationen i det mänskliga samhället och injicera ny fart i den hållbara utvecklingen ekonomi och samhälle och stärka miljöskyddet.Som ett ledande bilföretag i branschen är Tesla som en havskatt.Samtidigt som den stimulerar utvecklingen av nya energifordon, tar den också ledningen när det gäller att utmana marknaden för litiumbatterier.

Zeng Yuqun avslöjade en gång historien om sin allians med Tesla: musk har pratat om kostnad hela dagen.Innebörden är att Tesla pressar ner kostnaden för batterier.Det bör dock noteras att i processen av både Tesla- och Ningde-erans rusning på den kinesiska marknaden, bör både fordonet och batteriet inte ignorera kvalitetsproblemet på grund av kostnaden.När så är fallet kommer den ursprungliga inhemska serien av välmenande policyer att minska avsevärt i betydelse.

Dessutom finns det en dyster verklighet.Även om Kina dominerar marknaden för litiumbatterier, är de viktigaste teknologierna och patenten för litiumjärnfosfat och ternära material inte i händerna på det kinesiska folket.Jämfört med Japan har Kina ett stort gap i mänskliga investeringar och kapitalinvesteringar i forskning och utveckling av litiumbatterier.Detta understryker vikten av grundläggande vetenskaplig forskning, som är beroende av statens, vetenskapliga forskningsinstitutioners och företags långsiktiga uthållighet och investeringar.

För närvarande går litiumbatterier mot den tredje generationen efter de två föregående generationerna av litiumkoboltoxid, litiumjärnfosfat och litiumternärt.Eftersom de två första generationernas kärnteknologier och patent har delats upp av utländska företag har Kina inte tillräckligt med kärnfördelar, men det kan kanske vända situationen i nästa generation genom tidig layout.Med tanke på den industriella utvecklingsvägen för grundläggande forskning och utveckling, applikationsforskning och produktutveckling av batterimaterial bör vi vara beredda på ett långvarigt krig.

Det bör noteras att utvecklingen och tillämpningen av litiumbatterier i Kina fortfarande står inför många utmaningar.Till exempel, i den faktiska användningen av litiumbatteri nya energifordon, finns det fortfarande vissa problem, såsom låg energitäthet, dålig lågtemperaturprestanda, lång laddningstid, kort livslängd och så vidare.

Sedan 2019 har Kina avbrutit den "vita listan" över batterier, och utländska företag som LG och Panasonic har återvänt till den kinesiska marknaden, med en extremt snabb layoutoffensiv.Samtidigt, med det ökande trycket på kostnaderna för litiumbatterier, blir konkurrensen på den inhemska marknaden hårdare.Detta kommer att tvinga de berörda företagen att vinna fördelen i full konkurrens med högre produktkostnadsprestanda och snabbare marknadsreaktionsförmåga, för att främja uppgraderingen och kontinuerlig tillväxt av Kinas litiumbatteriindustri.


Posttid: Mar-16-2021
Letar du efter mer information om DET Powers professionella produkter och kraftlösningar?Vi har ett expertteam redo att alltid hjälpa dig.Vänligen fyll i formuläret så kontaktar vår säljare dig inom kort.