battery factoryban

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

På morgonen den 21 april 2014 hoppade muskus fallskärm i Peking Qiaofu Fangcao med privatplan och åkte till ministeriet för vetenskap och teknik i Kina 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 mysk dörren och fick följande svar: Kina överväger skattereformen på elfordon. Innan reformen slutförts kommer modell s fortfarande att behöva betala 25% avgift som traditionella bränslefordon.

Så mysk planerar att "skrika" genom Geek Park-innovatörstoppmötet. I huvudhallen i Zhongshan konserthus har Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming och andra sittat på scenen. Och mysk väntade bakom scenen, tog fram sin mobiltelefon och twittrade. När musiken lät, steg han till scenen, jublande och applåderade. Men när han kom tillbaka till USA, twittrade han och klagade: "i Kina är vi som en krypande bebis."

Sedan dess har Tesla varit på väg mot konkurs flera gånger, eftersom marknaden i allmänhet är baisseartad och dystocia-problemet har lett till ett halvt år lång kunduppsamlingscykel. Som ett resultat kollapsade mysk och till och med rökt marijuana live och sover 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 mysk 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 det första partiet av inhemska modell 3-nycklar till kinesiska bilägare i Tesla Shanghai Super-fabrik. Hans första ord var: Tack till den kinesiska regeringen. Han hade också en ryggdans på platsen. Sedan dess, med den kraftiga prissänkningen av inhemsk modell 3, har många människor inom och utanför branschen sagt skrämt: slutet på Kinas nya energibilar kommer.

Men det senaste året har Tesla upplevt storskaliga överrullningsincidenter, inklusive spontan förbränning av batteri, motor ur kontroll, takfönster som flyger iväg osv. Och Teslas attityd har blivit ”rimlig” eller arrogant. Nyligen, på grund av strömavbrott i nya bilar, har Tesla kritiserats av de centrala medierna. Relativt sett är Tesla-krympningsproblem mycket vanligt, för att bilägare på Internet fördömer rösten också efter varandra.

Med tanke på detta vidtog statliga organ officiellt åtgärder. Nyligen intervjuade den allmänna förvaltningen av marknadstillsyn och andra fem avdelningar Tesla, som främst involverade problem som onormal acceleration, batteribrand, fjärruppgradering av fordon etc. Som vi alla vet används inhemska litiumjärnfosfatbatterier i grund och botten i inhemsk modell 3 .

Hur viktigt är litiumbatteri? Ser Kina på den industriella utvecklingen, förstår Kina verkligen kärntekniken? Hur uppnår man framgång?

 

1 / Tidens viktiga verktyg

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

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

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

Planerna och scheman för framtida avskaffande av bränslefordon som formulerats av olika länder i världen kommer också att vara "grädde på kakan". 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 kärnteknologin i litiumbatteri innebär att man har spira för att dominera branschen.

 

 Västeuropeiska länder fastställde en tidtabell för avveckling av bränslefordon 

Under åren har Europa och USA, Kina, Japan och Sydkorea inlett hård konkurrens och till och med kämpar inom litiumbatterier, där många berömda forskare, många toppuniversitet och forskningsinstitutioner, samt giganter och kapitalkonsortier i petroleum, kemi, bil, vetenskap och teknik. Vem skulle ha trott att utvecklingsvägen för den globala litiumbatteriindustrin var densamma som för halvledare: den härstammar från Europa och USA, starkare än Japan och Sydkorea och blev slutligen dominerad av Kina.

På 1970- och 1980-talet skapades litiumbatteriteknik i Europa och Amerika. Senare uppfann amerikanerna successivt litiumkobaltoxid, 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, litar på staten för att driva det framåt. Samtidigt har Kina med starkt stöd från regeringen 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 amerikanska forskare John goodinaf, Stanley whitingham och den japanska 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 inom kärntekniken för litiumbatterier?

 

2 / Vaggan av litiumbatteri 

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 topptalenter inom fysik och kemi, inklusive Stanley whitingham, en postdoktor i solid state-elektrokemi vid Stanford University. Målet är att rekonstruera en ny energilösning, det vill säga att utveckla en ny generation laddningsbara batterier.

Samtidigt har Bell Labs inrättat ett team av kemister och fysiker från Stanford University. De två sidorna har inlett 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 års mycket konfidentiell forskning utvecklade whitingham och hans team först världens första uppladdningsbara litiumjonbatteri.

Detta litiumbatteri använder kreativt titansulfid som katodmaterial och litium som anodmaterial. Det har fördelarna med låg vikt, stor kapacitet och ingen minneseffekt. Samtidigt kasserar det bristerna i det tidigare batteriet, vilket kan sägas vara ett kvalitativt steg. 1976 ansökte Exxon om världens första patent för uppfinning av litiumbatterier, men gynnades inte av industrialiseringen. Detta påverkar emellertid inte Whitinghams rykte som ”far till litium” och hans status i världen.

Även om whitinghams uppfinning inspirerade industrin, förolämpade batteriladdningsförbränningen och intern krossning teamet, inklusive gudinaf. Därför fortsatte han och två postdoktorala assistenter att utforska det periodiska systemet systematiskt. 1980 beslutade de äntligen att det bästa materialet var kobolt. Litiumkobaltoxid, som kan användas som katod för litiumjonbatterier, är mycket bättre än alla andra material vid den tiden och ockuperade snabbt marknaden.

Sedan dess har mänsklig batteriteknik tagit ett betydande steg framåt. Vad skulle hända utan litiumkobaltit? Kort sagt, varför var den ”stora mobiltelefonen” så stor och tung? Det beror på att det inte finns något litiumkobaltbatteri. Men även om litiumkobaltoxidbatterier har många fördelar, utsätts dess nackdelar efter storskalig applikation, inklusive höga kostnader, dålig överbelastningsbeständighet och cykelprestanda och allvarlig avfallsförorening.

Så goodinav och hans student 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, vilket minskar listan till en kombination av järn och fosfor genom att återigen byta metaller i det periodiska systemet.

I slutändan bildade inte järn och fosfor den konfiguration som laget ville ha, men de bildade en annan struktur: efter licoo3 och LiMn2O4 föddes officiellt det tredje katodmaterialet för litiumjonbatterier: LiFePO4. Därför föddes alla de tre viktigaste litiumjonbatteripositiva elektroderna i dinafs laboratorium sedan urminnes tider. Det har också blivit vaggan av litiumbatterier i världen, med födelsen av de ovannämnda två Nobelpriskemikerna.

1996 ansökte University of Texas om patent på uppdrag av goodinafs laboratorium. Detta är det första grundpatentet på LiFePO4-batteriet. Sedan dess har Michelle Armand, en fransk litiumforskare, gått med i teamet och ansökt med dinaf om patent på LiFePO4-kolbeläggningsteknik, vilket blev det andra grundpatentet på LiFePO4. Dessa två patent är kärnpatenten som inte går att kringgå i alla fall.

 

3 / Tekniköverföring

Med utvecklingen av teknikapplikation finns det ett brådskande problem att lösa i den negativa elektroden av litiumkobaltoxidbatteri, så det har inte industrialiserats snabbt. Vid den tiden användes litiummetall som anodmaterial för litiumbatterier. Även om det kunde ge ganska hög energitäthet, fanns det många problem, inklusive gradvis pulverisering av anodmaterialet och förlust av aktivitet, och tillväxten av litiumdendriter kunde tränga igenom membranet, vilket resulterade i kortslutning eller till och med förbränning och explosion av batteri.

När problemet var mycket svårt uppträdde japanerna. Sony har utvecklat litiumbatterier under lång tid och har uppmärksammat den globala utvecklingen. Det finns dock ingen information om när och var teknik för litiumkobaltit erhölls. 1991 släppte Sony det första kommersiella litiumjonbatteriet i människans historia och placerade flera cylindriska litiumkobaltoxidbatterier i den senaste ccd-tr1-kameran. Sedan dess har ansiktet på världens konsumentelektronik skrivits om. 

Det var Yoshino som fattade detta viktiga beslut. Han banade väg för användningen av kol (grafit) istället för litium som anod för litiumbatteri och kombinerade med litiumkobaltoxidkatod. Detta förbättrar i grunden litiumbatteriets kapacitet och livslängd och minskar kostnaden, vilket är den sista kraften för industrialiseringen av litiumbatteriet. Sedan dess har kinesiska och koreanska företag strömmat in i litiumbatteriindustrins våg och ny energiteknik (ATL) inrättades just nu.

På grund av stöld av teknik har "rättighetsalliansen" som initierats av University of Texas och vissa företag använt svärd över hela världen, vilket har resulterat i patentramp som involverar många länder och företag. Medan människor fortfarande tror att LiFePO4 är det mest lämpliga strömbatteriet, har ett nytt katodmaterialsystem som kombinerar fördelarna med litiumniobat, litiumkobalt och litiummangan tyst född 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 komposit katodmaterial, som främjade litiumbatteriet för att bryta igenom det sista steget att komma in på marknaden. . Den 27 april samma år ansökte 3M till USA om patentet, vilket är det grundläggande kärnpatentet för ternära material. Det betyder att så länge som i det ternära systemet kan ingen komma runt.

Nästan samtidigt föreslog Argonne National Laboratory (ANL) först konceptet med rikt litium och uppfann på grundval av skiktade litiumrika och höga mangan-ternära material och ansökte framgångsrikt om patent 2004. Och den ansvariga för denna teknikutveckling är makrill, som uppfann litiummanganat. Fram till 2012 började Tesla bryta ut momentet med gradvis uppgång. Musk erbjöd flera gånger hög lön för att rekrytera personer från 3M: s FoU-avdelning för litiumbatterier.

Med detta tillfälle drev 3M båten längs strömmen, antog strategin "folk går, men patenträttigheter kvarstår", upplöste helt batteriavdelningen och gjorde högre vinster genom att exportera patent och tekniskt samarbete. Patenten beviljades 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 endast till tre företag: BASF, en tysk kemikalie, Toyoda-industrier, en japansk katodmaterialfabrik och LG, ett sydkoreanskt företag. Senare, kring kärnpatentkonkurrensen för ternära material, bildades två toppuniversitetsuniversitetsforskningsallianser. Detta har praktiskt taget format den "medfödda" tekniska styrkan hos litiumbatteriföretag i väst, Japan och Sydkorea, medan Kina inte har fått mycket.

 

4 / Kinesiska företagens uppkomst

Eftersom Kina inte har behärskat kärntekniken, hur bröt det situationen? Kinas litiumbatteriforskning är inte för sent, nästan synkroniserad med världen. I slutet av 1970-talet, under rekommendation av Chen Liquan, en akademiker från den kinesiska ingenjörshögskolan i Tyskland, grundade Institutet för fysik vid den kinesiska vetenskapsakademin det första solid state-jonlaboratoriet i Kina och startade forskningen om litium- jonledare och litiumbatterier. 1995 föddes Kinas första litiumbatteri i Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences.

Samtidigt, tack vare ökningen av konsumentelektronik på 1990-talet, har Kinas litiumbatterier ökat samtidigt och framväxten av ”fyra jättar”, nämligen Lishen, BYD, bick och ATL. Även om Japan ledde utvecklingen av branschen, sålde Sanyo Electric till Panasonic på grund av överlevnadsdilemmaet och Sony sålde sin litiumbatteriverksamhet till Murata-produktionen. I den hårda konkurrensen på marknaden är bara BYD och ATL de ”stora fyra” i Kina.

2011 blockerade den kinesiska regeringens subvention ”vitlista” utländskt finansierade företag. Efter att ha förvärvats av japanskt kapital blev ATL: s identitet föråldrad. Så Zeng Yuqun, grundaren av ATL, planerade att göra kraftbatterivirksomheten oberoende, låta kinesiskt kapital delta i det och späda ut moderbolagets aktier TDK, men han fick inte godkännande. Så Zeng Yuqun grundade Ningde-eran (catl), och gjorde framsteg i den ursprungliga teknikackumuleringen och blev en svart häst.

När det gäller teknikvägen väljer BYD ett säkert och kostnadseffektivt litiumjärnfosfatbatteri, vilket skiljer sig från det litium-ternära batteriet med hög energitäthet i Ningde-eran. Detta är relaterat till BYDs affärsmodell. Wang Chuanfu, grundaren av företaget, förespråkar "att äta en käpp till slutet". Bortsett från glas och däck tillverkas och säljs nästan alla andra delar av en bil av sig själv och konkurrerar sedan med omvärlden med en prisfördel. Baserat på detta har BYD länge befunnit sig på andra plats på hemmamarknaden.

Men BYDs fördel är också dess svaghet: det gör batterier och säljer bilar, vilket gör att andra biltillverkare naturligt misstro och föredrar att ge order till konkurrenter snarare än sig själva. Till exempel väljer Tesla, trots att BYDs LiFePO4-batteriteknologi har samlat mer, fortfarande samma teknik som Ningde-eran. För att förändra situationen planerar BYD att separera strömbatteriet och starta ”bladbatteriet”.

Sedan reformen och öppnandet är litiumbatteri ett av få fält som kan komma ikapp med utvecklade länder. Anledningarna 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 bryta igenom. Men om vi zoomar in, precis som namnet på Ningde-eran, är det Kinas ekonomiska framgångar och elfordonens era som formar Ningde-eran.

Numera släpar Kina inte efter de utvecklade länderna när det gäller forskning 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 några fördelar. Till exempel, även om Ningde-tider har rankats först på den globala batterimarknaden i flera år, visar inhemska och utländska industrins forskningsrapporter fortfarande Panasonic och LG i första rang, medan Ningde-tider och BYD ligger i andra rang.

 

5. Sammanfattning
 

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

Zeng Yuqun avslöjade en gång insidan av sin allians med Tesla: mysk har pratat om kostnad hela dagen. Implikationen är att Tesla sänker batterikostnaderna. Det bör dock noteras att både Tesla- och Ningde-eraens hastighet 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 politik att minska kraftigt 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 och kapitalinvesteringar i forskning och utveckling av litiumbatterier. Detta belyser vikten av grundläggande vetenskaplig forskning, som beror på den långsiktiga uthålligheten och investeringarna hos staten, vetenskapliga forskningsinstitutioner och företag.

För närvarande rör sig litiumbatterier mot tredje generationen efter de två föregående generationerna av litiumkobaltoxid, litiumjärnfosfat och litiumterna. Eftersom kärnteknologin och patenten för de två första generationerna 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 grundforskning och utveckling, applikationsforskning och produktutveckling av batterimaterial bör vi vara beredda på ett långvarigt krig.

Det bör noteras att utvecklingen och användningen av litiumbatterier i Kina fortfarande står inför många utmaningar. Till exempel, i den faktiska användningen av nya energibilar med litiumbatteri, finns det fortfarande några 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 litiumbatterikostnaderna, blir konkurrensen på den inhemska marknaden intensivare. Detta kommer att tvinga berörda företag att vinna fördelen i full konkurrens med högre produktkostnadsprestanda och snabbare marknadsreaktionsförmåga, för att främja uppgradering och kontinuerlig tillväxt i Kinas litiumbatteriindustri.


Inläggstid: Mar-16-2021
Letar du efter mer information om DET Powers professionella produkter och kraftlösningar? Vi har ett expertteam som alltid kan hjälpa dig. Fyll i formuläret så kommer vår försäljningsrepresentant att kontakta dig inom kort.