battery factoryban

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

Ráno 21. apríla 2014 parašutista padol v Pekingu Qiaofu Fangcao súkromným lietadlom a vydal sa na prvé čínske ministerstvo vedy a techniky na preskúmanie budúcnosti vstupu Tesly do Číny. Ministerstvo vedy a techniky Teslu vždy povzbudzovalo, ale pižmo tentoraz zavrel dvere a dostal nasledujúcu odpoveď: Čína zvažuje daňovú reformu elektrických vozidiel. Pred dokončením reformy budú musieť modely s stále platiť 25% clo ako vozidlá s tradičným palivom.

Musk teda plánuje „kričať“ cez summit inovátorov geek Parku. V hlavnej sále koncertnej sály Zhongshan sedeli na pódiu Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming a ďalší. A pižmo čakal za pódiom, vybral mobil a tweetoval. Keď zaznela hudba, vykročil na pódium za povzbudzovania a potlesku. Ale keď sa vrátil do USA, tweetoval a sťažoval sa: „V Číne sme ako plaziace sa dieťa.“

Odvtedy bola spoločnosť Tesla niekoľkokrát na pokraji bankrotu, pretože trh je všeobecne medvedí a problém dystocie viedol k polročnému cyklu odberu zákazníkov. Výsledkom bolo, že pižmo skolabovalo a dokonca fajčilo naživo marihuanu, pričom každý deň spalo v kalifornskej továrni, aby sledovalo pokrok. Najlepším spôsobom, ako vyriešiť problém s kapacitou, je vybudovať super továrne v Číne. Za týmto účelom Musk vo svojom prejave v Hongkongu zvolal: Pre čínskych zákazníkov sa dokonca naučil používať wechat.

 

Čas letí. 7. januára 2020 pižmo opäť prišlo do Šanghaja a doručilo prvú várku domácich kľúčov od modelu 3 čínskym majiteľom automobilov v továrni Tesla Shanghai Super. Jeho prvé slová boli: Ďakujem čínskej vláde. Na mieste mal tiež vykonaný tanec zadnej chrupavky. Odvtedy, s prudkým znížením cien domáceho modelu 3, mnoho ľudí v priemysle i mimo neho s hrôzou povedalo: prichádza nový čínsky energetický automobil.

V uplynulom roku však spoločnosť Tesla zažila rozsiahle prípady prevrátenia vrátane spontánneho spaľovania batérie, vyradenia motora z prevádzky, odletenia strešného okna atď. A prístup spoločnosti Tesla sa stal „rozumným“ alebo arogantným. V poslednej dobe bola spoločnosť Tesla z dôvodu výpadku prúdu nových automobilov kritizovaná centrálnymi médiami. Relatívne povedané, problém so zmenšením batérie Tesla je veľmi častý, vlastníci automobilov na internete vypovedajú hlas aj jeden po druhom.

Z tohto hľadiska štátne orgány oficiálne začali konať. Nedávno vykonala Generálna správa pre dohľad nad trhom a ďalších päť oddelení rozhovory so spoločnosťou Tesla, ktorá sa týkala najmä problémov, ako je abnormálne zrýchlenie, požiar batérie, aktualizácia vozidla na diaľku atď. Ako všetci vieme, domáce domáce lítium-železité fosfátové batérie sa v zásade používajú v domácom modeli 3. .

Aká dôležitá je lítiová batéria? Keď sa ohliadame za vývojom v priemysle, skutočne Čína uchopí základnú technológiu? Ako dosiahnuť úspech?

 

1 / Dôležitý nástroj doby

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

V 20. storočí vytvorilo ľudstvo viac bohatstva, ako je suma z predchádzajúcich 2000 rokov. Medzi nimi možno považovať vedu a techniku ​​za rozhodujúcu silu pri podpore globálnej civilizácie a hospodárskeho rozvoja. Za posledných sto rokov sú vedecké a technologické vynálezy vytvorené ľuďmi také brilantné ako hviezdy a dva z nich sú uznávané ako látky s ďalekosiahlym vplyvom na historický proces. Prvým sú tranzistory, bez ktorých by neexistovali počítače; druhou 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 výrobkov, ako aj v miliónoch nových energetických vozidiel a dokonca vo všetkých prenosných zariadeniach na Zemi, ktoré je potrebné nabíjať. Okrem toho s príchodom novej revolúcie energetických vozidiel a vytvorením ďalších mobilných zariadení bude mať priemysel lítiových batérií svetlú budúcnosť. Napríklad ročná hodnota produkcie samotných lítiových batériových článkov dosiahla 200 miliárd juanov a budúcnosť je za rohom.

„Čerešničkou na torte“ budú aj plány a harmonogramy budúcej eliminácie vozidiel na palivo formulované rôznymi krajinami sveta. Najstarším z nich je Nórsko v roku 2025 a USA, Japonsko a mnoho európskych krajín okolo roku 2035. Čína nemá jasný časový plán. Ak nebude v budúcnosti k dispozícii žiadna nová technológia, bude priemysel lítiových batérií naďalej prosperovať po celé desaťročia. Dá sa povedať, že ktokoľvek vlastní základnú technológiu lítiovej batérie, znamená, že má žezlo ovládnuť priemysel.

 

 Krajiny západnej Európy stanovili časový harmonogram postupného ukončovania činnosti s palivovými vozidlami 

V priebehu rokov zahájili Európa a USA, Čína, Japonsko a Južná Kórea tvrdú konkurenciu alebo dokonca bojovali v oblasti lítiových batérií, do ktorých sa zapojilo mnoho slávnych vedcov, mnoho špičkových univerzít a výskumných inštitúcií, ako aj giganti a hlavné konzorciá v ropný, chemický, automobilový, vedecký a technologický priemysel. Kto by si myslel, že vývojový proces globálneho priemyslu lítiových batérií je rovnaký ako vývoj polovodičov: pochádzal z Európy a USA, bol silnejší ako Japonsko a Južná Kórea a nakoniec mu dominovala Čína.

V 70. a 80. rokoch 20. storočia začala v Európe a Amerike fungovať technológia lítiových batérií. Neskôr Američania postupne vynašli lítium-kobaltnaté, lítium-mangánové a lítium-železité fosfátové batérie, ktoré sa ujali vedenia v tomto priemysle. V roku 1991 začalo Japonsko ako prvé s priemyselnou výrobou lítium-iónových batérií, potom sa však trh naďalej zmenšoval. Južná Kórea sa naopak spolieha na to, že ju štát posunie vpred. Zároveň so silnou podporou vlády urobila Čína krok za krokom priemysel lítiových batérií prvým na svete.

Pri vývoji priemyslu lítiových batérií zohrávali pri podpore technológie dôležitú úlohu Európa, Amerika a Japonsko. V roku 2019 bola Nobelova cena za chémiu udelená americkým vedcom Johnovi goodinafovi, Stanley whitinghamovi a japonskému vedcovi Yoshinovi ako uznanie za ich príspevok k výskumu a vývoju lítium-iónových batérií. Keďže vedci z USA a Japonska získali Nobelovu cenu, môže sa Čína skutočne ujať vedenia v oblasti základnej technológie lítiových batérií?

 

2 / Kolíska lítiovej batérie 

Vývoj globálnej technológie lítiových batérií má pred sebou ešte dlhú cestu. Na začiatku 70. rokov, v reakcii na ropnú krízu, zriadil Exxon výskumné laboratórium v ​​New Jersey, ktoré priťahovalo veľké množstvo špičkových talentov z fyziky a chémie, vrátane Stanleyho whitinghama, postdoktoranda v elektrochémii pevných látok na Stanfordskej univerzite. Jeho cieľom je zrekonštruovať nové energetické riešenie, to znamená vyvinúť novú generáciu nabíjateľných batérií.

Spoločnosť Bell Labs zároveň zriadila tím chemikov a fyzikov zo Stanfordskej univerzity. Obe strany zahájili mimoriadne tvrdú konkurenciu vo výskume a vývoji batérií novej generácie. Aj keď výskum súvisí, „peniaze nie sú problémom“. Po takmer piatich rokoch veľmi dôverného výskumu Whitingham a jeho tím prvýkrát vyvinuli prvú nabíjateľnú lítium-iónovú batériu na svete.

Táto lítiová batéria kreatívne využíva ako katódový materiál sulfid titaničitý a ako anódový materiál lítium. Má výhody nízkej hmotnosti, veľkej kapacity a bez pamäťového efektu. Zároveň zahodí nedostatky predchádzajúcej batérie, o ktorých sa dá povedať, že ide o kvalitatívny skok. V roku 1976 spoločnosť Exxon požiadala o prvý patent na lítiové batérie na svete, ale neprospela jej industrializácia. To však nemá vplyv na reputáciu whitinghamu ako „otca lítia“ a jeho postavenie vo svete.

Aj keď Whitinghamov vynález inšpiroval priemysel, nabíjanie batérií, spaľovanie a vnútorné drvenie veľmi trápili tím vrátane gudinafa. Preto on a dvaja postdoktorandskí asistenti pokračovali v systematickom skúmaní periodickej tabuľky. V roku 1980 nakoniec rozhodli, že najlepším materiálom je kobalt. Oxid lítny kobalt, ktorý sa môže používať ako katóda lítium-iónových batérií, je v tom čase omnoho lepší ako akékoľvek iné materiály a rýchlo obsadil trh.

Od tej doby urobila technológia ľudskej batérie podstatný krok vpred. Čo by sa stalo bez kobaltitu lítneho? Stručne povedané, prečo bol „veľký mobilný telefón“ taký veľký a ťažký? Je to preto, lebo tu nie je lítiová kobaltová batéria. Aj keď má batéria na báze oxidu lítneho a kobaltu veľa výhod, jej nevýhody sú odhalené po použití vo veľkom meradle, vrátane vysokých nákladov, zlej odolnosti voči prebitiu a výkonu cyklu a vážneho znečistenia odpadom.

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

Nakoniec železo a fosfor nevytvorili konfiguráciu, ktorú tím požadoval, ale vytvorili inú štruktúru: po licoo3 a LiMn2O4 sa oficiálne narodil tretí katódový materiál pre lítium-iónové batérie: LiFePO4. Preto sa všetky tri najdôležitejšie kladné elektródy lítium-iónovej batérie narodili v laboratóriu dinafa od staroveku. Stala sa tiež kolískou lítiových batérií na svete, s narodením vyššie spomenutých dvoch chemikov Nobelových cien.

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

 

3 / Transfer technológií

S vývojom technologickej aplikácie existuje urgentný problém, ktorý treba vyriešiť v zápornej elektróde lítium kobaltnatého akumulátora, takže nebol rýchlo industrializovaný. V tom čase sa ako anódový materiál lítiových batérií používal kovový lítium. Aj keď by to mohlo poskytnúť pomerne vysokú hustotu energie, bolo tu veľa problémov, vrátane postupného práškovania anódového materiálu a straty aktivity a rast lítiových dendritov by mohol prepichnúť membránu, čo by malo za následok skrat alebo dokonca horenie a výbuch batéria.

Keď bol problém veľmi ťažký, objavili sa Japonci. Spoločnosť Sony vyvíja lítiové batérie už dlho a venovala osobitnú pozornosť globálnemu vývoju. Neexistujú však žiadne informácie o tom, kedy a kde sa technológia lítium-kobaltitu získala. V roku 1991 spoločnosť Sony uviedla na trh prvú komerčnú lítium-iónovú batériu v histórii ľudstva a do najnovšieho fotoaparátu ccd-tr1 vložila niekoľko valcových batérií s lítium-kobaltnatým oxidom. Od tej doby bola tvár svetovej spotrebnej elektroniky prepísaná. 

Toto Yoshino urobil toto dôležité rozhodnutie. Presadzoval použitie uhlíka (grafitu) namiesto lítia ako anódy lítiovej batérie a kombinoval ho s katódou lítia na báze oxidu kobaltu. To zásadne zvyšuje kapacitu a životnosť lítiovej batérie a znižuje náklady, čo je posledná sila pri industrializácii lítiovej batérie. Odvtedy sa čínske a kórejské podniky vrhli na vlnu priemyslu lítiových batérií a v tejto dobe bola založená nová energetická technológia (ATL).

Kvôli krádeži technológie vládla „aliancia práv“ iniciovaná Texaskou univerzitou a niektorými podnikmi po celom svete mečmi, čo viedlo k potýčke s patentmi mnohých krajín a spoločností. Aj keď si ľudia stále myslia, že LiFePO4 je najvhodnejšia batéria, v laboratóriu v Kanade sa nenápadne zrodil nový systém katódových materiálov kombinujúci výhody lítium-niobátu, lítneho kobaltu a lítium-mangánu.

V apríli 2001 Jeff Dann, profesor fyziky na Dalhous University a hlavný vedec spoločnosti 3M Group Canada, vynašiel rozsiahly komerčný ternárny kompozitný katódový materiál obsahujúci nikel kobalt a mangán, ktorý propagoval lítiovú batériu v prekonaní posledného kroku vstupu na trh. . 27. apríla toho roku požiadala spoločnosť 3M o patent, ktorý je základným jadrovým patentom ternárnych materiálov, v Spojených štátoch. To znamená, že pokiaľ v ternárnom systéme nemôže nikto obísť.

Takmer v rovnakom čase Národné laboratórium v ​​Argonne (ANL) najskôr navrhlo koncept bohatého lítia a na tomto základe vynašlo vrstvené ternárne materiály bohaté na lítium s vysokým obsahom mangánu a úspešne požiadalo o patent v roku 2004. A osoba zodpovedná za týmto technologickým vývojom je spoločnosť thackerel, ktorá vynašla manganistan lítny. Do roku 2012 začala Tesla prelamovať dynamiku postupného rastu. Musk ponúkol niekoľkonásobne vyšší plat na nábor ľudí z oddelenia výskumu a vývoja lítiových batérií 3M.

Pri tejto príležitosti spoločnosť 3M posunula loď súčasným smerom, prijala stratégiu „ľudia idú, ale patentové práva zostávajú“, úplne rozpustila batériové oddelenie a dosiahla vyššie zisky exportom patentov a technickej spolupráce. Patenty boli udelené niekoľkým japonským a kórejským podnikom na výrobu lítiových batérií, ako sú Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F a SK, ako aj katódové materiály ako Shanshan, Hunan Ruixiang a Beida Xianxian v Číne. celkovo viac ako desať podnikov.

Patly spoločnosti Anl sa udeľujú iba trom spoločnostiam: nemeckému chemickému gigantu BASF, japonskej továrni na výrobu katódového materiálu Toyoda Industries a juhokórejskej spoločnosti LG. Neskôr sa okolo hlavnej patentovej súťaže s ternárnymi materiálmi vytvorili dve špičkové aliancie pre univerzitný výskum. To prakticky formovalo „vrodenú“ technologickú silu podnikov na lítiové batérie v západných, japonských a južných Kóreách, zatiaľ čo Čína príliš nezískala.

 

4 / Vzostup čínskych podnikov

Pretože Čína nezvládla základnú technológiu, ako to prelomila situáciu? Čínsky výskum lítiových batérií nie je príliš neskoro, takmer synchronizovaný so svetom. Na konci sedemdesiatych rokov minulého storočia na odporúčanie akademika Čínskej technickej akadémie v Nemecku Chena Liquana zriadil Fyzikálny ústav Čínskej akadémie vied prvé iónové laboratórium v ​​pevnej fáze 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 sa vďaka nárastu spotrebnej elektroniky v 90. rokoch zvýšili súčasne čínske lítiové batérie a vznik „štyroch gigantov“, konkrétne Lishen, BYD, bick a ATL. Aj keď Japonsko viedlo v rozvoji priemyslu, kvôli dileme prežitia spoločnosť Sanyo Electric predala spoločnosti Panasonic a spoločnosť Sony predala svoje podnikanie v oblasti lítiových batérií spoločnosti Murata. V tvrdej konkurencii na trhu sú v Číne „veľkou štvorkou“ iba BYD a ATL.

V roku 2011 „biela listina“ dotácií čínskej vlády zablokovala podniky financované zo zahraničia. Po získaní japonským kapitálom bola identita spoločnosti ATL zastaraná. Takže Zeng Yuqun, zakladateľ spoločnosti ATL, plánoval osamostatniť podnikanie v oblasti energetických batérií, nechal na ňom participovať čínsky kapitál a zriedil akcie materskej spoločnosti TDK, ale súhlas nedostal. Zeng Yuqun teda založil éru Ningde (catl), urobil pokrok v akumulácii pôvodnej technológie a stal sa čiernym koňom.

Pokiaľ ide o technologický postup, spoločnosť BYD si vybrala bezpečnú a nákladovo efektívnu lítium-fosfátovú batériu, ktorá sa líši od lítiovej ternárnej batérie s vysokou hustotou energie v ére Ningde. Súvisí to s obchodným modelom BYD. Wang Chuanfu, zakladateľ spoločnosti, sa zasadzuje za „zjedenie trstiny až do konca“. Okrem skla a pneumatík sa takmer všetky ostatné súčasti automobilu vyrábajú a predávajú samy. Potom konkurujú vonkajšiemu svetu cenovou výhodou. Na základe toho bol BYD dlhodobo na domácom trhu pevne na druhom mieste.

Výhodou spoločnosti BYD je ale aj jej slabina: vyrába batérie a predáva automobily, čo spôsobuje, že ostatní výrobcovia automobilov prirodzene nedôverujú a uprednostňujú skôr zadávanie zákaziek konkurentom. Napríklad spoločnosť Tesla, aj keď sa v technológii batérií LiFePO4 spoločnosti BYD nahromadilo viac, stále volí rovnakú technológiu z doby Ningde. S cieľom zmeniť situáciu plánuje spoločnosť BYD oddeliť napájaciu batériu a spustiť „čepelovú batériu“.

Od reformy a otvorenia je lítiová batéria jednou z mála oblastí, ktorá dokáže dohnať vyspelé krajiny. Dôvody sú tieto: po prvé, štát prikladá veľkú dôležitosť strategickej ochrane; po druhé, nie je neskoro začať; po tretie, domáci trh je dostatočne veľký; po štvrté, skupina nádejných technických odborníkov a podnikateľov spolupracuje na prelomení. Ak si však priblížime, rovnako ako názov éry Ningde, sú to hospodárske úspechy Číny a éra elektrických vozidiel, ktoré formujú éru Ningde.

V súčasnosti Čína pri výskume anódových materiálov a elektrolytov nezaostáva za vyspelými krajinami, stále však existujú určité nedostatky, napríklad oddeľovač lítiových batérií, hustota energie atď. Je zrejmé, že akumulácia technológií na západe, v Japonsku a v Južnej Kórei má stále určité výhody. Napríklad hoci sa Ningde times už niekoľko rokov umiestňuje na prvom mieste na globálnom trhu s batériami, domáce a zahraničné výskumné správy z priemyslu stále uvádzajú spoločnosti Panasonic a LG na prvom mieste, zatiaľ čo časy Ningde a BYD sú na druhom mieste.

 

5. Záver
 

S ďalším rozvojom súvisiaceho výskumu v budúcnosti bude nepochybne vývoj a aplikácia lítiových batérií vo svete znamenať širšiu perspektívu, ktorá podporí energetickú reformu a inováciu ľudskej spoločnosti a vloží nový impulz do trvalo udržateľného rozvoja. hospodárstva a spoločnosti a posilnenie ochrany životného prostredia. Ako popredná automobilová spoločnosť v tomto priemysle je Tesla ako sumec. Podnecuje vývoj nových vozidiel na elektrický pohon a zároveň sa stáva lídrom v spochybňovaní trhového prostredia s lítiovými batériami.

Zeng Yuqun raz prezradil vnútorný príbeh svojho spojenectva s Teslou: pižmo celý deň hovorilo o nákladoch. Z toho vyplýva, že Tesla tlačí dole náklady na batérie. Je však potrebné poznamenať, že v procese náporu Tesly aj Ningde na čínskom trhu by vozidlo ani batéria nemali kvôli nákladom ignorovať problém s kvalitou. V takom prípade bude mať pôvodná domáca séria dobre mienených politík veľký význam.

Okrem toho existuje pochmúrna realita. Aj keď 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 veľké medzery v ľudských a kapitálových investíciách do výskumu a vývoja lítiových batérií. To zdôrazňuje význam základného vedeckého výskumu, ktorý závisí od dlhodobej vytrvalosti a investícií štátu, vedecko-výskumných inštitúcií a podnikov.

V súčasnosti sa lítiové batérie pohybujú smerom k tretej generácii po predchádzajúcich dvoch generáciách oxidu lítneho kobaltu, fosforečnanu lítno-železitého a ternárneho lítia. Pretože základné technológie a patenty prvých dvoch generácií boli rozdelené zahraničnými spoločnosťami, Čína nemá dostatok základných výhod, ale môže byť schopná zvrátiť situáciu v budúcej generácii včasným usporiadaním. Vzhľadom na cestu priemyselného rozvoja základného výskumu a vývoja, aplikačného výskumu a vývoja výrobkov z batériových materiálov by sme mali byť pripravení na dlhodobú vojnu.

Je potrebné poznamenať, že vývoj a použitie lítiových batérií v Číne stále čelí mnohým výzvam. Napríklad pri skutočnom používaní nových energetických vozidiel s lítiovými batériami stále existujú určité problémy, ako napríklad nízka hustota energie, slabý výkon pri nízkych teplotách, dlhá doba nabíjania, krátka životnosť atď.

Od roku 2019 Čína zrušila „biely zoznam“ batérií a zahraničné podniky ako LG a Panasonic sa vrátili na čínsky trh s mimoriadne rýchlou ofenzívou usporiadania. Zároveň s rastúcim tlakom na náklady na lítiové batérie sa zvyšuje konkurencia na domácom trhu. To prinúti príslušné podniky získať výhodu v úplnej konkurencii s vyššími nákladmi na produkt a schopnosťou rýchlejšej reakcie na trhu, čo podporí modernizáciu a nepretržitý rast čínskeho priemyslu lítiových batérií.


Čas zverejnenia: 16. marca 2021
Hľadáte ďalšie informácie o profesionálnych produktoch a riešeniach napájania spoločnosti DET Power? Máme pripravený tím odborníkov, ktorý vám vždy pomôže. Vyplňte formulár a náš obchodný zástupca vás bude čoskoro kontaktovať.