Ráno 21. apríla 2014 pižmo zoskočilo na padáku v Pekingu Qiaofu Fangcao súkromným lietadlom a vydalo sa na čínske ministerstvo vedy a techniky na prvú zastávku, aby preskúmalo budúcnosť vstupu Tesly do Číny.Ministerstvo vedy a techniky vždy Teslu povzbudzovalo, no tentoraz musk zavrel dvere a dostal nasledujúcu odpoveď: Čína zvažuje daňovú reformu elektrických vozidiel.Pred dokončením reformy budú modely stále musieť platiť 25 % tarifu ako vozidlá s tradičným pohonom.

Musk teda plánuje „zakričať“ na samite inovátorov v parku geek.V hlavnej sále koncertnej sály Zhongshan sedeli na pódiu Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming a ďalší.A Musk čakal za pódiom, vytiahol mobil a tweetoval.Keď zaznela hudba, vykročil na pódium, povzbudzoval a tlieskal.Keď sa však vrátil do Spojených štátov, tweetoval a posťažoval sa: „V Číne sme ako lezúce dieťa.“

Odvtedy bola Tesla už niekoľkokrát na pokraji bankrotu, keďže trh je vo všeobecnosti medvedí a problém dystokie viedol k polročnému cyklu získavania zákazníkov.Výsledkom bolo, že pižmo skolaboval a dokonca fajčil marihuanu naživo a každý deň spal v kalifornskej továrni, aby sledoval pokrok.Najlepším spôsobom, ako vyriešiť problém s kapacitou, je postaviť super továrne v Číne.Za týmto účelom sa Musk vo svojom prejave v Hongkongu rozplakal: pre čínskych zákazníkov sa dokonca naučil používať wechat.

Čas letí.7. januára 2020 pižmo opäť prišlo do Šanghaja a doručilo prvú várku domácich kľúčov modelu 3 čínskym majiteľom áut v továrni Tesla Shanghai Super.Jeho prvé slová boli: Ďakujem čínskej vláde.Na mieste mal aj tanec s trením chrbta.Odvtedy, s prudkým znížením ceny domáceho modelu 3, mnohí ľudia v tomto odvetví aj mimo neho s hrôzou povedali: blíži sa koniec čínskych nových energetických vozidiel.

V minulom roku však Tesla zažila rozsiahle incidenty prevrátenia, vrátane samovznietenia batérie, neovládania motora, odletu strešného okna atď. A Teslov postoj sa stal „rozumným“ alebo arogantným.Teslu v poslednej dobe kvôli výpadkom napájania nových áut kritizujú centrálne médiá.Relatívne povedané, problém zmršťovania batérie Tesla je veľmi bežný, majitelia automobilov na internete odsudzujú hlas aj jeden po druhom.

Štátne orgány preto oficiálne začali konať.Nedávno Generálna správa pre dohľad nad trhom a ďalších päť oddelení viedli rozhovory s Teslou, ktoré zahŕňali najmä problémy ako abnormálne zrýchlenie, požiar batérie, diaľková modernizácia vozidla atď. Ako všetci vieme, domáce lítium-železofosfátové batérie sa v podstate používajú v domácom modeli 3 .

Aká dôležitá je lítiová batéria?Keď sa pozriete späť na priebeh priemyselného rozvoja, skutočne Čína chápe jadro technológie?Ako dosiahnuť úspech?

1/ Dôležitý nástroj doby

V 20. storočí ľudstvo vytvorilo viac bohatstva ako súčet za predchádzajúcich 2000 rokov.Spomedzi nich možno vedu a techniku ​​považovať za rozhodujúcu silu pri podpore globálnej civilizácie a ekonomického rozvoja.Za posledných sto rokov sú vedecké a technologické vynálezy vytvorené ľudskými bytosťami brilantné ako hviezdy a pri dvoch z nich sa uznáva, že majú ďalekosiahly vplyv na historický proces.Prvým sú tranzistory, bez ktorých by neexistovali počítače;druhým sú lítium-iónové batérie, bez ktorých by bol svet nepredstaviteľný.

V súčasnosti sa lítiové batérie každoročne používajú v miliardách mobilných telefónov, notebookov a iných elektronických produktov, ako aj v miliónoch nových energetických vozidiel a dokonca aj vo všetkých prenosných zariadeniach na Zemi, ktoré potrebujú nabíjanie.Navyše, s príchodom novej revolúcie energetických vozidiel a vytvorením väčšieho počtu mobilných zariadení bude mať priemysel lítiových batérií svetlú budúcnosť.Napríklad ročná výstupná hodnota samotných lítiových batériových článkov dosiahla 200 miliárd juanov a budúcnosť je hneď za rohom.

„Čerešničkou na torte“ budú aj plány a harmonogramy budúcej eliminácie vozidiel na pohonné hmoty formulované rôznymi krajinami sveta.Najskorším z nich je Nórsko v roku 2025 a Spojené štáty, Japonsko a mnohé európske krajiny okolo roku 2035. Čína nemá jasný časový plán.Ak v budúcnosti nebude existovať žiadna nová technológia, priemysel lítiových batérií bude prekvitať desaťročia.Dá sa povedať, že kto vlastní základnú technológiu lítiovej batérie, znamená mať žezlo ovládnuť toto odvetvie.

Krajiny západnej Európy stanovili harmonogram vyraďovania vozidiel s pohonnými hmotami

V priebehu rokov spustili Európa a Spojené štáty, Čína, Japonsko a Južná Kórea tvrdú konkurenciu a dokonca šarvátku v oblasti lítiových batérií, do ktorej sa zapojili mnohí slávni vedci, mnohé špičkové univerzity a výskumné inštitúcie, ako aj giganti a kapitálové konzorciá v ropný, chemický, automobilový, vedecký a technologický priemysel.Kto by si pomyslel, že vývoj globálneho priemyslu lítiových batérií je rovnaký ako vývoj polovodičov: vznikol v Európe a Spojených štátoch, silnejší ako Japonsko a Južná Kórea, a nakoniec ho ovládla Čína.

V 70. a 80. rokoch sa v Európe a Amerike objavila technológia lítiových batérií.Neskôr Američania postupne vynašli lítium-kobaltový oxid, lítium-mangánový oxid a lítium-železo-fosfátové batérie, ktoré sa ujali vedenia v tomto odvetví.V roku 1991 Japonsko ako prvé industrializovalo lítium-iónové batérie, ale potom sa trh ďalej zmenšoval.Južná Kórea sa na druhej strane spolieha na to, že ju bude tlačiť dopredu štát.Čína zároveň so silnou podporou vlády urobila z priemyslu lítiových batérií prvý krok za krokom na svete.

Vo vývoji priemyslu lítiových batérií zohrali Európa, Amerika a Japonsko dôležitú úlohu pri podpore technológie.V roku 2019 bola udelená Nobelova cena za chémiu americkým vedcom Johnovi Goodinafovi, Stanleymu Whitinghamovi a japonskému vedcovi Yoshinovi ako uznanie za ich prínos k výskumu a vývoju lítium-iónových batérií.Keďže vedci zo Spojených štátov a Japonska získali Nobelovu cenu, môže Čína skutočne prevziať vedúcu úlohu v základnej technológii lítiových batérií?

2/ Kolíska lítiovej batérie 

Vývoj globálnej technológie lítiových batérií má pred sebou dlhú cestu.Začiatkom 70. rokov, v reakcii na ropnú krízu, Exxon zriadil výskumné laboratórium v ​​New Jersey, ktoré prilákalo veľké množstvo špičkových talentov vo fyzike a chémii, vrátane Stanleyho Whitinghama, postdoktorandského pracovníka v elektrochémii pevných látok na Stanfordskej univerzite.Jej cieľom je rekonštrukcia nového energetického riešenia, teda vývoj novej generácie dobíjacích batérií.

Bell Labs zároveň vytvorilo tím chemikov a fyzikov zo Stanfordskej univerzity.Obe strany spustili mimoriadne tvrdý konkurenčný boj vo výskume a vývoji batérií novej generácie.Aj keď výskum súvisí, „peniaze nie sú problém“.Po takmer piatich rokoch vysoko dôverného výskumu Whitingham a jeho tím prvýkrát vyvinuli prvú nabíjateľnú lítium-iónovú batériu na svete.

Táto lítiová batéria kreatívne využíva sulfid titánu ako materiál katódy a lítium ako materiál anódy.Má výhody nízkej hmotnosti, veľkej kapacity a bez pamäťového efektu.Zároveň zahadzuje nedostatky predchádzajúcej batérie, o ktorej sa dá povedať, že ide o kvalitatívny skok.V roku 1976 spoločnosť Exxon požiadala o prvý patent na vynález lítiovej batérie na svete, ale z industrializácie nevyťažila.To však neovplyvňuje povesť Whitinghama ako „otca lítia“ a jeho postavenie vo svete.

Aj keď Whitinghamov vynález inšpiroval priemysel, spaľovanie nabíjania batérie a vnútorné drvenie značne znepokojovalo tím, vrátane gudinaf.Preto on a dvaja postdoktorandi pokračovali v systematickom skúmaní periodickej tabuľky.V roku 1980 sa konečne rozhodli, že najlepším materiálom je kobalt.Oxid lítno-kobaltnatý, ktorý možno použiť ako katódu lítium-iónových batérií, je v tom čase oveľa lepší ako akékoľvek iné materiály a rýchlo obsadil trh.

Odvtedy technológia ľudských batérií urobila podstatný krok vpred.Čo by sa stalo bez kobaltitu lítneho?Stručne povedané, prečo bol „veľký mobilný telefón“ taký veľký a ťažký?Je to preto, že tam nie je lítium-kobaltová batéria.Napriek tomu, že lítium-kobaltový oxidový akumulátor má mnoho výhod, jeho nevýhody sa prejavia po použití vo veľkom meradle, vrátane vysokých nákladov, nízkej odolnosti proti prebitiu a výkonu cyklu a vážneho znečistenia odpadom.

Goodinav a jeho študent Mike Thackeray teda pokračovali v hľadaní lepších materiálov.V roku 1982 Thackeray vynašiel priekopnícku lítium-manganátovú batériu.Čoskoro však skočil do Národného laboratória Argonne (ANL), aby študoval lítiové batérie.Goodinaf a jeho tím pokračujú v hľadaní alternatívnych materiálov a redukujú zoznam na kombináciu železa a fosforu tým, že opäť systematicky vymieňajú kovy v periodickej tabuľke.

Nakoniec železo a fosfor nevytvorili konfiguráciu, ktorú tím chcel, ale vytvorili inú štruktúru: po licoo3 a LiMn2O4 sa oficiálne zrodil tretí katódový materiál pre lítium-iónové batérie: LiFePO4.Preto sa tri najdôležitejšie kladné elektródy lítium-iónovej batérie všetky zrodili v laboratóriu dinaf už od staroveku.Stala sa aj kolískou lítiových batérií vo svete, keď sa narodili vyššie spomínaní dvaja chemici Nobelovej ceny.

V roku 1996 požiadala Texaská univerzita o patent v mene laboratória Goodinaf.Toto je prvý základný patent LiFePO4 batérie.Odvtedy sa k tímu pripojila Michelle Armand, francúzska vedkyňa v oblasti lítia a požiadala spoločnosť dinaf o patent technológie uhlíkového povlaku LiFePO4, čím sa stal druhým základným patentom LiFePO4.Tieto dva patenty sú hlavnými patentmi, ktoré nemožno v žiadnom prípade obísť.

3/ Transfer technológií

S rozvojom technologickej aplikácie existuje naliehavý problém, ktorý je potrebné vyriešiť v zápornej elektróde batérie s oxidom lítneho kobaltu, takže nebola rýchlo industrializovaná.V tom čase sa ako anódový materiál lítiových batérií používal kov lítia.Hoci by to mohlo poskytnúť pomerne vysokú hustotu energie, vyskytlo sa veľa problémov vrátane postupného práškovania materiálu anódy a straty aktivity a rast lítiových dendritov mohol preraziť membránu, čo malo za následok skrat alebo dokonca horenie a výbuch. batérie.

Keď bol problém veľmi ťažký, objavili sa Japonci.Spoločnosť Sony vyvíja lítiové batérie už dlho a venuje veľkú pozornosť globálnemu vývoju.Neexistujú však žiadne informácie o tom, kedy a kde bola získaná technológia kobaltitu lítneho.V roku 1991 spoločnosť Sony uviedla na trh prvú komerčnú lítium-iónovú batériu v histórii ľudstva a do najnovšej kamery ccd-tr1 vložila niekoľko lítium-kobaltových cylindrických batérií.Odvtedy sa tvár svetovej spotrebnej elektroniky prepísala.

Bol to Yoshino, kto urobil toto dôležité rozhodnutie.Bol priekopníkom v použití uhlíka (grafitu) namiesto lítia ako anódy lítiovej batérie a kombinovanej s katódou z oxidu lítneho kobaltu.To zásadne zlepšuje kapacitu a životnosť lítiovej batérie a znižuje náklady, čo je posledná sila industrializácie lítiovej batérie.Odvtedy sa čínske a kórejské podniky naliali do vlny priemyslu lítiových batérií a v tom čase bola založená nová energetická technológia (ATL).

Kvôli krádeži technológie sa „aliancia práv“ iniciovaná Texaskou univerzitou a niektorými podnikmi oháňala mečmi po celom svete, čo viedlo k patentovej potýčke, do ktorej sa zapojilo mnoho krajín a spoločností.Zatiaľ čo si ľudia stále myslia, že LiFePO4 je najvhodnejšou napájacou batériou, v laboratóriu v Kanade sa v tichosti zrodil nový systém katódových materiálov, ktorý kombinuje výhody niobátu lítneho, kobaltu lítneho a mangánu.

V apríli 2001 vynašiel Jeff Dann, profesor fyziky na Dalhous University a hlavný vedec 3M group Canada, vo veľkom meradle komerčný nikel-kobalt-mangánový ternárny kompozitný kompozitný katódový materiál, ktorý propagoval lítiovú batériu, aby prelomila posledný krok vstupu na trh. .27. apríla toho roku spoločnosť 3M požiadala Spojené štáty o patent, ktorý je základným základným patentom ternárnych materiálov.To znamená, že pokiaľ v ternárnom systéme nikto nemôže obísť.

Takmer v rovnakom čase Argonne National Laboratory (ANL) prvýkrát navrhlo koncept bohatého lítia a na tomto základe vynašiel vrstvené trojité materiály bohaté na lítium a s vysokým obsahom mangánu a úspešne požiadalo o patent v roku 2004. A osoba zodpovedná za tento technologický vývoj je thackerel, ktorý vynašiel manganát lítny.Až do roku 2012 začala Tesla naberať tempo postupného vzostupu.Musk ponúkol niekoľkonásobne vysoký plat na nábor ľudí z oddelenia výskumu a vývoja lítiových batérií 3M.

Spoločnosť 3M využila túto príležitosť a posunula loď pozdĺž prúdu, prijala stratégiu „ľudia idú, ale patentové práva zostávajú“, úplne rozpustila oddelenie batérií a dosiahla vyššie zisky vďaka exportu patentov a technickej spolupráci.Patenty boli udelené niekoľkým japonským a kórejským výrobcom lítiových batérií, ako sú Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F a SK, ako aj katódovým materiálom, ako sú Shanshan, Hunan Ruixiang a Beida Xianxian v Číne. celkovo viac ako desať podnikov.

Patenty Anl sú udelené iba trom spoločnostiam: BASF, nemeckému chemickému gigantu, Toyoda industry, japonskej továrni na katódové materiály a LG, juhokórejskej spoločnosti.Neskôr, okolo základnej patentovej súťaže ternárnych materiálov, sa vytvorili dve špičkové priemyselné univerzitné výskumné aliancie.To prakticky sformovalo „vrodenú“ technologickú silu podnikov s lítiovými batériami na západe, Japonsku a Južnej Kórei, zatiaľ čo Čína veľa nezískala.

4/ Vzostup čínskych podnikov

Keďže Čína nezvládla základnú technológiu, ako prelomila situáciu?Čínsky výskum lítiových batérií nie je príliš neskoro, takmer synchronizovaný so svetom.Koncom sedemdesiatych rokov na odporúčanie Chen Liquana, akademika Čínskej inžinierskej akadémie v Nemecku, Fyzikálny ústav Čínskej akadémie vied založil prvé laboratórium pevných iónov v Číne a začal výskum lítium- iónové vodiče a lítiové batérie.V roku 1995 sa vo Fyzikálnom ústave Čínskej akadémie vied zrodila prvá lítiová batéria v Číne.

Zároveň vďaka vzostupu spotrebnej elektroniky v 90. rokoch 20. storočia súčasne vzrástli čínske lítiové batérie a vznik „štyroch gigantov“, menovite Lishen, BYD, bick a ATL.Hoci Japonsko viedlo vývoj tohto odvetvia, kvôli dileme prežitia Sanyo Electric predal spoločnosti Panasonic a Sony predala svoj obchod s lítiovými batériami spoločnosti Murata.V tvrdej konkurencii na trhu sú v Číne „veľkou štvorkou“ iba BYD a ATL.

V roku 2011 dotačný „biely zoznam“ čínskej vlády zablokoval podniky financované zo zahraničia.Po získaní japonským kapitálom sa identita ATL stala neaktuálnou.Zeng Yuqun, zakladateľ ATL, teda plánoval osamostatniť biznis s napájacími batériami, nechať na ňom participovať čínsky kapitál a zriediť akcie materskej spoločnosti TDK, no nezískal súhlas.Takže Zeng Yuqun založil éru Ningde (catl) a urobil pokrok v akumulácii pôvodnej technológie a stal sa čiernym koňom.

Pokiaľ ide o technologickú cestu, BYD si vyberá bezpečnú a nákladovo efektívnu lítium-železitú fosfátovú batériu, ktorá sa líši od lítiovej ternárnej batérie s vysokou hustotou energie v ére Ningde.Súvisí to s obchodným modelom spoločnosti BYD.Wang Chuanfu, zakladateľ spoločnosti, obhajuje „dojesť trstinu až do konca“.Okrem skiel a pneumatík si takmer všetky ostatné časti auta vyrába a predáva sám a potom konkuruje okolitému svetu s cenovou výhodou.Na základe toho sa BYD dlhodobo drží na domácom trhu pevne na druhom mieste.

Výhodou BYD je však aj jeho slabá stránka: vyrába batérie a predáva autá, čo spôsobuje, že ostatní výrobcovia áut prirodzene nedôverujú a radšej zadávajú zákazky konkurentom ako sebe.Napríklad Tesla, aj keď sa technológia batérií LiFePO4 od BYD nahromadila viac, stále si vyberá rovnakú technológiu z éry Ningde.Aby sa situácia zmenila, BYD plánuje oddeliť napájaciu batériu a spustiť „lopatkovú batériu“.

Od reformy a otvorenia je lítiová batéria jednou z mála oblastí, ktoré môžu dobehnúť rozvinuté krajiny.Dôvody sú nasledovné: po prvé, štát pripisuje veľký význam strategickej ochrane;po druhé, ešte nie je neskoro začať;po tretie, domáci trh je dostatočne veľký;po štvrté, skupina začínajúcich technických expertov a podnikateľov spolupracuje na prelomení.Ak si to však priblížime, rovnako ako názov éry Ningde, sú to ekonomické úspechy Číny a éra elektrických vozidiel, ktoré formujú éru Ningde.

Čína v súčasnosti nezaostáva za vyspelými krajinami vo výskume anódových materiálov a elektrolytov, no stále sú tu nejaké nedostatky, ako separátor lítiových batérií, hustota energie a pod.Je zrejmé, že akumulácia technológií na západe, Japonsku a Južnej Kórei má stále určité výhody.Napríklad, hoci Ningde times je už niekoľko rokov na prvom mieste na globálnom trhu s batériami, domáce a zahraničné priemyselné prieskumy stále uvádzajú Panasonic a LG na prvom mieste, kým Ningde times a BYD sú na druhom mieste.

5. Záver
 

Nepochybne, s ďalším rozvojom súvisiaceho výskumu v budúcnosti, vývoj a aplikácia lítiových batérií vo svete prinesie širšiu perspektívu, ktorá podporí energetickú reformu a inováciu ľudskej spoločnosti a vnesie nový impulz do trvalo udržateľného rozvoja. hospodárstva a spoločnosti a posilňovanie ochrany životného prostredia.Ako popredná automobilová spoločnosť v tomto odvetví je Tesla ako sumec.Okrem toho, že stimuluje vývoj nových energetických vozidiel, ujíma sa vedenia aj v spochybnení trhového prostredia s lítiovými batériami.

Zeng Yuqun raz prezradil vnútorný príbeh svojho spojenectva s Teslou: Musk celý deň hovoril o nákladoch.Z toho vyplýva, že Tesla tlačí nadol náklady na batérie.Treba však poznamenať, že v procese návalu éry Tesly a Ningde na čínskom trhu by vozidlo ani batéria nemali ignorovať problém s kvalitou kvôli nákladom.Akonáhle sa tak stane, význam pôvodnej domácej série dobre mienených politík bude značne znížený.

Okrem toho je tu pochmúrna realita.Hoci Čína dominuje na trhu s lítiovými batériami, najdôležitejšie technológie a patenty fosforečnanu lítno-železitého a ternárnych materiálov nie sú v rukách čínskeho ľudu.V porovnaní s Japonskom má Čína veľký rozdiel v ľudských a kapitálových investíciách do výskumu a vývoja lítiových batérií.Zdôrazňuje to význam základného vedeckého výskumu, ktorý závisí od dlhodobej vytrvalosti a investícií štátu, vedeckovýskumných inštitúcií a podnikov.

V súčasnosti sa lítiové batérie posúvajú k tretej generácii po predchádzajúcich dvoch generáciách oxidu lítneho kobaltnatého, fosforečnanu lítno-železitého a ternárneho lítia.Keďže základné technológie a patenty prvých dvoch generácií boli rozdelené zahraničnými spoločnosťami, Čína nemá dostatok základných výhod, ale môže byť schopná zvrátiť situáciu v ďalšej generácii skorým usporiadaním.Vzhľadom na smer priemyselného rozvoja základného výskumu a vývoja, aplikačného výskumu a vývoja produktov batériových materiálov by sme mali byť pripravení na dlhodobú vojnu.

Treba poznamenať, že vývoj a aplikácia lítiových batérií v Číne stále čelí mnohým výzvam.Napríklad pri skutočnom používaní nových energetických vozidiel s lítiovou batériou stále existujú určité problémy, ako je nízka hustota energie, slabý výkon pri nízkych teplotách, dlhý čas nabíjania, krátka životnosť atď.

Od roku 2019 Čína zrušila „biely zoznam“ batérií a zahraničné spoločnosti ako LG a Panasonic sa vrátili na čínsky trh s extrémne rýchlou ofenzívou.Zároveň so zvyšujúcim sa tlakom na cenu lítiových batérií je konkurencia na domácom trhu čoraz intenzívnejšia.To prinúti príslušné podniky, aby získali výhodu v plnej konkurencii s vyššou nákladovou výkonnosťou produktu a rýchlejšou schopnosťou reakcie trhu, aby sa podporila modernizácia a neustály rast čínskeho priemyslu lítiových batérií.