battery factoryban

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

Om morgenen den 21. april 2014 faldskærmede moskus i Beijing Qiaofu Fangcao med privatfly og gik til ministeriet for videnskab og teknologi i Kina for det første stop for at udforske fremtiden for Teslas indrejse i Kina. Ministeriet for videnskab og teknologi har altid opmuntret Tesla, men denne gang lukkede muskler døren og fik følgende svar: Kina overvejer skattereformen på elektriske køretøjer. Inden reformen er afsluttet, skal model s stadig betale 25% takst som traditionelle brændstofbiler.

Så moskus planlægger at “råbe” gennem Geek Park innovators topmødet. I hovedsalen i Zhongshan koncertsal har Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming og andre siddet på scenen. Og moskus ventede bag scenen, tog sin mobiltelefon ud og tweetede. Da musikken lød, trådte han til scenen, jublede og bifald. Men da han kom tilbage til USA, tweeterede han og klagede: "I Kina er vi som en kravlende baby."

Siden da har Tesla været på randen til konkurs i flere gange, da markedet generelt er baisse, og dystociproblemet har ført til et halvt år langt kundeindsamlingscyklus. Som et resultat kollapsede musk og endda røget marihuana live og sov hver dag på en fabrik i Californien for at overvåge fremskridt. Den bedste måde at løse kapacitetsproblemet på er at bygge superfabrikker i Kina. Til dette formål græd moskus i sin tale i Hong Kong: for kinesiske kunder lærte han endda at bruge wechat.

 

Tiden flyver. Den 7. januar 2020 kom moskus til Shanghai igen og leverede det første parti indenlandske model 3 nøgler til kinesiske bilejere i Tesla Shanghai Super fabrik. Hans første ord var: Tak til den kinesiske regering. Han havde også en rygdans på stedet. Siden da, med den kraftige prisnedsættelse af indenlandsk model 3, har mange mennesker inden for og uden for branchen sagt med rædsel: afslutningen på Kinas nye energibiler kommer.

I det forløbne år har Tesla imidlertid oplevet store rollover-hændelser, herunder spontan forbrænding af batteriet, motor ude af kontrol, ovenlys, der flyver væk osv. Og Teslas holdning er blevet ”rimelig” eller arrogant. For nylig på grund af strømsvigt i nye biler er Tesla blevet kritiseret af de centrale medier. Relativt set er Tesla-batterikrympeproblemet meget almindeligt, at bilejere på Internettet fordømmer stemmen også efter hinanden.

I lyset af dette gik statsorganerne officielt til handling. For nylig interviewede den generelle administration af markedstilsyn og andre fem afdelinger Tesla, som hovedsagelig involverede problemer som unormal acceleration, batteribrand, fjernopgradering af køretøjer osv. Som vi alle ved, bruges indenlandske lithiumjernfosfatbatterier dybest set i husstandsmodel 3 .

Hvor vigtigt er lithiumbatteri? Ser Kina tilbage på den industrielle udvikling, forstå Kina virkelig kerneteknologien? Hvordan opnås succes?

 

1 / Tidens vigtige værktøj

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

I det 20. århundrede skabte menneskeheden mere rigdom end summen af ​​de foregående 2000 år. Blandt dem kan videnskab og teknologi betragtes som en afgørende kraft til at fremme global civilisation og økonomisk udvikling. I de sidste hundrede år er videnskabelige og teknologiske opfindelser skabt af mennesker lige så strålende som stjerner, og to af dem anerkendes som at have vidtrækkende indflydelse på den historiske proces. Den første er transistorer, uden hvilke der ikke ville være nogen computere; det andet er lithium-ion-batterier, uden hvilke verden ville være utænkelig。

I dag er lithiumbatterier blevet brugt i milliarder af mobiltelefoner, bærbare computere og andre elektroniske produkter hvert år såvel som millioner af nye energibiler og endda alle de bærbare enheder på jorden, der skal oplades. Derudover vil lithiumbatteriindustrien have en lys fremtid med fremkomsten af ​​den nye energibilrevolution og oprettelsen af ​​flere mobile enheder. For eksempel har den årlige outputværdi af litiumbatterieceller alene nået 200 milliarder yuan, og fremtiden er lige rundt om hjørnet.

Planerne og tidsplanerne for den fremtidige eliminering af brændstofbiler, der er formuleret af forskellige lande i verden, vil også være "prikken over i'et". Den tidligste er Norge i 2025 og USA, Japan og mange europæiske lande omkring 2035. Kina har ingen klar tidsplan. Hvis der ikke er nogen ny teknologi i fremtiden, vil lithiumbatteriindustrien fortsætte med at blomstre i årtier. Det kan siges, at den, der ejer kerneteknologien til lithiumbatteri, betyder at have scepteret til at dominere branchen.

 

 Vesteuropæiske lande fastsatte en tidsplan for udfasning af brændstofbiler 

I årenes løb har Europa og USA, Kina, Japan og Sydkorea lanceret hård konkurrence og endda skænderi inden for litiumbatterier, der involverer mange berømte forskere, mange topuniversiteter og forskningsinstitutioner samt giganter og kapitalkonsortier i olie-, kemi-, bil-, videnskabs- og teknologibranchen. Hvem ville have troet, at udviklingsstien for den globale lithiumbatteriindustri var den samme som for halvleder: den stammer fra Europa og USA, stærkere end Japan og Sydkorea og blev til sidst domineret af Kina.

I 1970'erne og 1980'erne opstod lithiumbatteriteknologi i Europa og Amerika. Senere opfandt amerikanerne successivt lithiumcobaltoxid-, lithiummanganoxid- og lithiumjernphosphatbatterier, som tog føringen i branchen. I 1991 var Japan den første til at industrialisere lithium-ion-batterier, men derefter fortsatte markedet med at krympe. Sydkorea på den anden side er afhængig af staten til at skubbe den fremad. På samme tid har Kina med den stærke støtte fra regeringen gjort lithiumbatteriindustrien til den første i verden trin for trin.

I udviklingen af ​​litiumbatteriindustrien har Europa, Amerika og Japan spillet en vigtig rolle i fremme af teknologi. I 2019 blev Nobelprisen i kemi tildelt amerikanske forskere John goodinaf, Stanley whitingham og japansk videnskabsmand Yoshino som anerkendelse af deres bidrag til forskning og udvikling af lithium-ion-batterier. Da forskere fra USA og Japan har vundet Nobelprisen, kan Kina virkelig tage føringen inden for kerneteknologien til lithiumbatterier?

 

2 / Væg af lithiumbatteri 

Udviklingen af ​​global lithiumbatteriteknologi har et langt spor at følge. I begyndelsen af ​​1970'erne, som reaktion på oliekrisen, oprettede Exxon et forskningslaboratorium i New Jersey, der tiltrak et stort antal toptalenter inden for fysik og kemi, herunder Stanley whitingham, en postdoktor i solid state elektrokemi ved Stanford University. Dets mål er at rekonstruere en ny energiløsning, det vil sige at udvikle en ny generation af genopladelige batterier.

Samtidig har Bell Labs oprettet et team af kemikere og fysikere fra Stanford University. De to sider har lanceret en ekstrem hård konkurrence inden for forskning og udvikling af næste generations batterier. Selvom forskningen er relateret, “er penge ikke et problem.”. Efter næsten fem års meget fortrolig forskning udviklede whitingham og hans team først verdens første genopladelige lithium-ion-batteri.

Dette lithiumbatteri bruger kreativt titansulfid som katodemateriale og lithium som anodemateriale. Det har fordelene ved let vægt, stor kapacitet og ingen hukommelseseffekt. Samtidig fjerner det manglerne ved det tidligere batteri, hvilket kan siges at være et kvalitativt spring. I 1976 ansøgte Exxon om verdens første patent på opfindelsen af ​​lithiumbatterier, men havde ikke fordel af industrialisering. Dette påvirker dog ikke Whitinghams ry som ”far til lithium” og hans status i verden.

Selvom whitinghams opfindelse inspirerede branchen, foruroligede batteriopladningsforbrændingen og intern knusning teamet, inklusive gudinaf. Derfor fortsatte han og to postdoktorale assistenter systematisk med at udforske det periodiske system. I 1980 besluttede de endelig, at det bedste materiale var kobolt. Lithiumcobaltoxid, som kan bruges som katode på lithium-ion-batterier, er langt bedre end andre materialer på det tidspunkt og besatte hurtigt markedet.

Siden da har menneskelig batteriteknologi taget et stort skridt fremad. Hvad ville der ske uden lithiumcobaltit? Kort sagt, hvorfor var den “store mobiltelefon” så stor og tung? Det er fordi der ikke er noget lithiumcobaltbatteri. Selvom lithiumcobaltoxidbatteri har mange fordele, udsættes dets ulemper imidlertid efter anvendelse i stor skala, herunder høje omkostninger, dårlig overbelastningsmodstand og cyklusydelse og alvorlig affaldsforurening.

Så Goodinav og hans studerende Mike Thackeray fortsatte med at lede efter bedre materialer. I 1982 opfandt Thackeray et banebrydende lithiummanganatbatteri. Men snart sprang han til Argonne National Laboratory (ANL) for at studere lithiumbatterier. Og goodinaf og hans team fortsætter med at lede efter alternative materialer og reducerer listen til en kombination af jern og fosfor ved igen at systematisk bytte metallerne i det periodiske system.

I sidste ende dannede jern og fosfor ikke den konfiguration, som holdet ønskede, men de dannede en anden struktur: efter licoo3 og LiMn2O4 blev det tredje katodemateriale til lithium-ion-batterier officielt født: LiFePO4. Derfor blev de tre vigtigste lithium-ion-batteri positive elektroder alle født i dinafs laboratorium siden oldtiden. Det er også blevet holderen af ​​lithiumbatterier i verden med fødslen af ​​de ovennævnte to Nobelpriskemikere.

I 1996 ansøgte University of Texas om patent på vegne af goodinafs laboratorium. Dette er det første grundlæggende patent på LiFePO4 batteri. Siden da har Michelle Armand, en fransk lithiumforsker, tilsluttet sig teamet og ansøgt med dinaf om patent på LiFePO4 kulstofbelægningsteknologi og bliver det andet grundlæggende patent på LiFePO4. Disse to patenter er kernepatenterne, der under ingen omstændigheder kan omgåes.

 

3 / Teknologioverførsel

Med udviklingen af ​​teknologiapplikation er der et presserende problem, der skal løses i den negative elektrode af lithiumcobaltoxidbatteri, så det er ikke blevet industrialiseret hurtigt. På det tidspunkt blev lithiummetal brugt som anodemateriale i lithiumbatterier. Selvom det kunne give ret høj energitæthed, var der mange problemer, herunder gradvis pulverisering af anodematerialet og tab af aktivitet, og væksten af ​​lithiumdendritter kunne gennembore membranen, hvilket resulterede i kortslutning eller endda forbrænding og eksplosion af batteri.

Da problemet var meget vanskeligt, dukkede japanerne op. Sony har længe udviklet lithiumbatterier og har været meget opmærksom på den globale udvikling. Der er dog ingen oplysninger om hvornår og hvor lithiumcobaltit-teknologi blev opnået. I 1991 udgav Sony det første kommercielle lithium-ion-batteri i menneskets historie og satte adskillige cylindriske lithiumcobaltoxidbatterier i det nyeste ccd-tr1-kamera. Siden da er ansigtet på verdens forbrugerelektronik blevet omskrevet. 

Det var Yoshino, der tog denne vigtige beslutning. Han var banebrydende for brugen af ​​kulstof (grafit) i stedet for lithium som anoden til lithiumbatteri og kombineret med lithiumcobaltoxidkatode. Dette forbedrer lithiumbatteriets kapacitet og cyklustid fundamentalt og reducerer omkostningerne, hvilket er den sidste kraft til industrialiseringen af ​​lithiumbatteriet. Siden da har kinesiske og koreanske virksomheder strømmet ind i bølgen af ​​litiumbatteriindustrien, og ny energiteknologi (ATL) blev etableret på dette tidspunkt.

På grund af tyveri af teknologi har den “rettighedsalliance”, der blev iværksat af University of Texas og nogle virksomheder, brugt sværd over hele verden, hvilket har resulteret i patentkamp, ​​der involverer mange lande og virksomheder. Mens folk stadig mener, at LiFePO4 er det mest egnede strømbatteri, er et nyt katodematerialesystem, der kombinerer fordelene ved lithiumniobat, lithiumcobalt og lithiummangan, stille og roligt født i et laboratorium i Canada.

I april 2001 opfandt Jeff Dann, professor i fysik ved dalhous University og chefforsker for 3M-gruppen Canada, et stort kommercielt nikkelcobalt mangan-ternært kompositkatodemateriale, som fremmede lithiumbatteriet til at bryde igennem det sidste trin med at komme ind på markedet . Den 27. april samme år ansøgte 3M USA om patentet, som er det grundlæggende kernepatent på ternære materialer. Det betyder, at så længe som i det ternære system, kan ingen komme rundt.

Næsten på samme tid foreslog Argonne National Laboratory (ANL) først konceptet med rig lithium og opfandt på dette grundlag lagdelt lithiumrige og høje mangan-ternære materialer og ansøgte med succes om patent i 2004. Og den person, der var ansvarlig for denne teknologiudvikling er makrel, der opfandt lithiummanganat. Indtil 2012 begyndte Tesla at bryde frem momentumet med gradvis stigning. Musk tilbød flere gange høj løn for at rekruttere folk fra 3Ms lithiumbatteri F & U-afdeling.

Ved at benytte denne mulighed skubbede 3M båden langs strømmen, vedtog strategien "folk går, men patentrettigheder forbliver", opløste batteriafdelingen fuldstændigt og opnåede højere fortjeneste ved at eksportere patenter og teknisk samarbejde. Patenterne blev tildelt en række japanske og koreanske lithiumbatterivirksomheder såsom Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F og SK samt katodematerialer som Shanshan, Hunan Ruixiang og Beida Xianxian i Kina. mere end ti virksomheder i alt.

Anls patenter gives kun til tre virksomheder: BASF, en tysk kemisk gigant, Toyoda-industrier, en japansk katodematerialefabrik og LG, en sydkoreansk virksomhed. Senere, omkring kernepatentkonkurrencen mellem ternære materialer, blev to top-universitetsforskningsalliancer dannet. Dette har stort set formet den "medfødte" teknologiske styrke hos lithiumbatterivirksomheder i vest, Japan og Sydkorea, mens Kina ikke har fået meget.

 

4 / Stigningen af ​​kinesiske virksomheder

Da Kina ikke har mestret kerneteknologien, hvordan brød den situationen? Kinas lithiumbatteriforskning er ikke for sent, næsten synkroniseret med verden. I slutningen af ​​1970'erne, efter anbefaling af Chen Liquan, en akademiker fra det kinesiske ingeniørakademi i Tyskland, oprettede Institut for Fysik fra det kinesiske videnskabsakademi det første solid state-ionlaboratorium i Kina og startede forskningen på litium- ionledere og lithiumbatterier. I 1995 blev Kinas første lithiumbatteri født i Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences.

På samme tid, takket være stigningen i forbrugerelektronik i 1990'erne, er Kinas lithiumbatterier steget samtidigt og fremkomsten af ​​"fire giganter", nemlig Lishen, BYD, bick og ATL. Selvom Japan førte udviklingen af ​​branchen, på grund af overlevelsesdilemmaet, solgte Sanyo Electric til Panasonic, og Sony solgte sin lithium-batterivirksomhed til Murata-produktionen. I den hårde konkurrence på markedet er kun BYD og ATL de ”store fire” i Kina.

I 2011 blokerede den kinesiske regerings tilskud "hvidliste" udenlandsk finansierede virksomheder. Efter at være erhvervet af japansk kapital blev ATLs identitet forældet. Så Zeng Yuqun, grundlæggeren af ​​ATL, planlagde at gøre strømbatterivirksomheden uafhængig, lade kinesisk kapital deltage i den og fortynde aktierne i moderselskabet TDK, men han fik ikke godkendelse. Så Zeng Yuqun grundlagde Ningde-æraen (catl) og gjorde fremskridt i den oprindelige teknologiakkumulation og blev en sort hest.

Med hensyn til teknologibane vælger BYD et sikkert og omkostningseffektivt lithiumjernfosfatbatteri, som adskiller sig fra det litium-ternære batteri med høj energidensitet i Ningde-æraen. Dette er relateret til BYDs forretningsmodel. Wang Chuanfu, grundlæggeren af ​​virksomheden, går ind for "at spise en sukkerrør til enden". Bortset fra glas og dæk produceres og sælges næsten alle de andre dele af en bil af sig selv og konkurrerer derefter med omverdenen med en prisfordel. Baseret på dette har BYD i lang tid været fast på andenpladsen på hjemmemarkedet.

Men BYDs fordel er også dens svaghed: det fremstiller batterier og sælger biler, hvilket får andre bilfabrikanter til at naturligt mistro og foretrækker at give ordrer til konkurrenter snarere end dem selv. For eksempel vælger Tesla, selvom BYDs LiFePO4-batteriteknologi er akkumuleret mere, stadig den samme teknologi som Ningde-æraen. For at ændre situationen planlægger BYD at adskille strømbatteriet og starte “bladbatteriet”.

Siden reformen og åbningen er lithiumbatteri et af de få felter, der kan indhente de udviklede lande. Årsagerne er som følger: For det første lægger staten stor vægt på strategisk beskyttelse; for det andet er det ikke for sent at starte; for det tredje er hjemmemarkedet stort nok; for det fjerde arbejder en gruppe håbefulde tekniske eksperter og virksomheder sammen om at bryde igennem. Men hvis vi zoomer ind, ligesom navnet på Ningde-æraen, er det Kinas økonomiske præstationer og æraen med elektriske køretøjer, der former Ningde-æraen.

I dag er Kina ikke bagud i de udviklede lande inden for forskning i anodematerialer og elektrolytter, men der er stadig nogle mangler, såsom lithiumbatteriseparator, energitæthed og så videre. Det er klart, at teknologiakkumuleringen i vest, Japan og Sydkorea stadig har nogle fordele. For eksempel, selvom Ningde-tider er blevet rangeret først på det globale batterimarked i flere år, viser indenlandske og udenlandske industriundersøgelsesrapporter stadig Panasonic og LG i første rang, mens Ningde-tider og BYD er i anden rang.

 

5 / Konklusion
 

Uden tvivl vil udviklingen og anvendelsen af ​​lithiumbatterier i verden indvarsle et bredere perspektiv, som vil fremme energireformen og innovationen i det menneskelige samfund og tilføre nyt momentum i den bæredygtige udvikling med den videre udvikling af relateret forskning i fremtiden. økonomi og samfund og styrkelse af miljøbeskyttelse. Som et førende bilfirma i branchen er Tesla som en havkat. Selvom det stimulerer udviklingen af ​​nye energibiler, tager det også føringen med at udfordre markedet for lithiumbatterier.

Zeng Yuqun afslørede engang den indvendige historie om hans alliance med Tesla: moskus har talt om omkostninger hele dagen. Implikationen er, at Tesla skubber udgifterne til batterier ned. Det skal dog bemærkes, at både køretøjet og batteriet under processen med både Tesla og Ningde-æraen på det kinesiske marked ikke bør ignorere kvalitetsproblemet på grund af omkostningerne. Når det er tilfældet, reduceres den oprindelige indenlandske række af velmenende politikker betydeligt.

Derudover er der en dyster virkelighed. Selvom Kina dominerer markedet for lithiumbatterier, er de mest centrale teknologier og patenter på lithiumjernphosphat og ternære materialer ikke i hænderne på det kinesiske folk. Sammenlignet med Japan har Kina et stort hul i menneskelige og kapitalinvesteringer i forskning og udvikling af lithiumbatterier. Dette understreger vigtigheden af ​​grundlæggende videnskabelig forskning, som afhænger af den langsigtede vedholdenhed og investering fra staten, videnskabelige forskningsinstitutioner og virksomheder.

På nuværende tidspunkt bevæger lithiumbatterier sig mod tredje generation efter de to foregående generationer af lithiumcobaltoxid, lithiumjernphosphat og lithium-ternær. Da kerneteknologierne og patenterne fra de to første generationer er blevet delt op af udenlandske virksomheder, har Kina ikke nok kernefordele, men det kan muligvis vende situationen i den næste generation gennem tidlig layout. I lyset af den industrielle udviklingsvej for grundlæggende forskning og udvikling, applikationsforskning og produktudvikling af batterimaterialer, bør vi være forberedt på en langvarig krig.

Det skal bemærkes, at udviklingen og anvendelsen af ​​lithiumbatterier i Kina stadig står over for mange udfordringer. For eksempel er der stadig problemer i den faktiske brug af nye energikøretøjer med lithiumbatteri, såsom lav energitæthed, dårlig ydelse ved lav temperatur, lang opladningstid, kort levetid og så videre.

Siden 2019 har Kina annulleret den "hvide liste" over batterier, og udenlandske virksomheder som LG og Panasonic er vendt tilbage til det kinesiske marked med en ekstremt hurtig layoutoffensiv. Samtidig med at det stigende pres på litiumbatteriets omkostninger bliver konkurrencen på hjemmemarkedet mere intens. Dette vil tvinge de relevante virksomheder til at vinde fordelen i fuld konkurrence med højere ydeevne for produktomkostninger og hurtigere markedsreaktionsevne for at fremme opgradering og kontinuerlig vækst i Kinas litiumbatteriindustri.


Indlægstid: Mar-16-2021
Leder du efter mere information om DET Powers professionelle produkter og strømløsninger? Vi har et ekspert team klar til altid at hjælpe dig. Udfyld formularen, og vores salgsrepræsentant vil kontakte dig snarest.