Liderar o mercado global de baterías de litio significa que China domina a tecnoloxía básica (1)

Na mañá do 21 de abril de 2014, o almizcle lanzou en paracaídas en Pequín Qiaofu Fangcao en avión privado e dirixiuse ao Ministerio de Ciencia e Tecnoloxía de China para a primeira parada para explorar o futuro da entrada de Tesla en China.O Ministerio de Ciencia e Tecnoloxía sempre animou a Tesla, pero esta vez Musk pechou a porta e obtivo a seguinte resposta: China está considerando a reforma fiscal dos vehículos eléctricos.Antes da finalización da reforma, os modelos s aínda terán que pagar unha tarifa do 25% como os vehículos tradicionais de combustible.

Así que Musk planea "berrar" a través do cume de innovadores do parque friki.Na sala principal da sala de concertos de Zhongshan sentáronse no escenario Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming e outros.E Musk agardou detrás do escenario, sacou o seu teléfono móbil e tuiteou.Cando soou a música, subiu ao escenario, aplaudindo e aplaudíndose.Pero cando volveu aos Estados Unidos, tuiteou e queixouse: "en China, somos como un bebé que se arrastra".

Desde entón, Tesla estivo varias veces ao bordo da quebra, xa que o mercado é xeralmente baixista e o problema da distocia levou a un ciclo de recollida de clientes de medio ano.Como resultado, o almizcle colapsou e mesmo fumou marihuana en directo, durmindo nunha fábrica de California todos os días para supervisar o progreso.A mellor forma de resolver o problema de capacidade é construír superfábricas en China.Para iso, musk gritou no seu discurso en Hong Kong: para os clientes chineses, ata aprendeu a usar wechat.

 

O tempo voa.O 7 de xaneiro de 2020, Musk chegou de novo a Xangai e entregou o primeiro lote de chaves do modelo 3 doméstico aos propietarios de coches chineses na fábrica de Tesla Shanghai Super.As súas primeiras palabras foron: Grazas ao goberno chinés.Tamén tivo un baile nas costas no acto.Desde entón, coa forte redución de prezos do modelo doméstico 3, moitas persoas dentro e fóra da industria dixeron con horror: o fin dos vehículos de nova enerxía de China está chegando.

Non obstante, o ano pasado, Tesla experimentou incidentes de volcadura a gran escala, incluíndo combustión espontánea da batería, motor fóra de control, lucernario que voa, etc. E a actitude de Tesla volveuse "razoable" ou arrogante.Recentemente, debido á falla de enerxía dos coches novos, Tesla foi criticado polos medios centrais.Relativamente falando, Tesla problema de encollemento da batería é moi común, os propietarios de coches en Internet para denunciar a voz tamén un tras outro.

Ante isto, os órganos estatais tomaron medidas oficialmente.Recentemente, a Administración Xeral de supervisión do mercado e outros cinco departamentos entrevistaron a Tesla, que principalmente implicaban problemas como aceleración anormal, incendio da batería, actualización do vehículo remota, etc. Como todos sabemos, as baterías domésticas de fosfato de ferro de litio úsanse basicamente no modelo doméstico 3. .

Que importancia ten a batería de litio?Mirando cara atrás no curso do desenvolvemento industrial, China entende realmente a tecnoloxía básica?Como conseguir o éxito?

 

1/ A ferramenta importante dos tempos

 Liderar o mercado global de baterías de litio significa que China domina a tecnoloxía básica (2)

No século XX, a humanidade creou máis riqueza que a suma dos 2000 anos anteriores.Entre elas, a ciencia e a tecnoloxía poden considerarse unha forza decisiva para promover a civilización global e o desenvolvemento económico.Nos últimos cen anos, os inventos científicos e tecnolóxicos creados polos seres humanos son tan brillantes como as estrelas, e dous deles son recoñecidos por ter unha gran influencia no proceso histórico.O primeiro son os transistores, sen os cales non habería ordenadores;o segundo son as baterías de iones de litio, sen as cales o mundo sería inimaxinable.

Hoxe en día, as baterías de litio utilízanse en miles de millóns de teléfonos móbiles, portátiles e outros produtos electrónicos cada ano, así como millóns de vehículos de nova enerxía, e mesmo todos os dispositivos portátiles do planeta que necesitan carga.Ademais, coa chegada da nova revolución dos vehículos enerxéticos e a creación de máis dispositivos móbiles, a industria das baterías de litio terá un futuro brillante.Por exemplo, o valor de produción anual das pilas de batería de litio só alcanzou os 200.000 millóns de yuans, e o futuro está á volta da esquina.

Os plans e calendarios para a futura eliminación de vehículos de combustible formulados por varios países do mundo tamén serán "a guinda do pastel".A máis antiga é Noruega en 2025, e os Estados Unidos, Xapón e moitos países europeos arredor de 2035. China non ten un plan de tempo claro.Se non hai novas tecnoloxías no futuro, a industria das baterías de litio seguirá prosperando durante décadas.Pódese dicir que quen posúe a tecnoloxía básica da batería de litio significa ter o cetro para dominar a industria.

 

Os países de Europa occidental establecen un calendario para a eliminación gradual dos vehículos de combustible

Ao longo dos anos, Europa e Estados Unidos, China, Xapón e Corea do Sur lanzaron unha feroz competencia e mesmo pelexas no campo das baterías de litio, coa participación de moitos científicos famosos, moitas universidades e institucións de investigación importantes, así como xigantes e consorcios de capitais en industrias petrolíferas, químicas, automobilísticas, científicas e tecnolóxicas.Quen diría que o camiño de desenvolvemento da industria mundial das baterías de litio era o mesmo que o dos semicondutores: orixinouse en Europa e nos Estados Unidos, máis forte que Xapón e Corea do Sur, e finalmente chegou a dominar China.

Nas décadas de 1970 e 1980, a tecnoloxía de baterías de litio xurdiu en Europa e América.Máis tarde, os estadounidenses inventaron sucesivamente óxido de litio cobalto, óxido de litio manganeso e baterías de litio fosfato de ferro, que tomaron o liderado na industria.En 1991, Xapón foi o primeiro en industrializar as baterías de ión-litio, pero despois o mercado continuou a diminuír.Corea do Sur, pola contra, confía no Estado para impulsalo.Ao mesmo tempo, co firme apoio do goberno, China converteu a industria de baterías de litio na primeira do mundo paso a paso.

Na evolución da industria das baterías de litio, Europa, América e Xapón xogaron un papel importante na promoción da tecnoloxía.En 2019, o Premio Nobel de Química foi concedido aos científicos estadounidenses John Goodinaf, Stanley Whitingham e o científico xaponés Yoshino en recoñecemento ás súas contribucións á investigación e desenvolvemento de baterías de ión-litio.Dado que os científicos dos Estados Unidos e Xapón gañaron o Premio Nobel, China realmente pode liderar a tecnoloxía básica das baterías de litio?

 

2/ O berce da batería de litio 

O desenvolvemento da tecnoloxía global de baterías de litio ten un longo camiño por seguir.A principios da década de 1970, en resposta á crise do petróleo, Exxon creou un laboratorio de investigación en Nova Jersey, atraendo a un gran número de talentos destacados en física e química, incluíndo Stanley Whitingham, un bolseiro posdoutoral en electroquímica de estado sólido na Universidade de Stanford.O seu obxectivo é reconstruír unha nova solución enerxética, é dicir, desenvolver unha nova xeración de baterías recargables.

Ao mesmo tempo, Bell Labs creou un equipo de químicos e físicos da Universidade de Stanford.As dúas partes lanzaron unha competencia extremadamente feroz na investigación e desenvolvemento de baterías de próxima xeración.Aínda que a investigación estea relacionada, "o diñeiro non é un problema".Despois de case cinco anos de investigación altamente confidencial, Whitingham e o seu equipo desenvolveron por primeira vez a primeira batería de ión-litio recargable do mundo.

Esta batería de litio usa creativamente sulfuro de titanio como material do cátodo e litio como material do ánodo.Ten as vantaxes de peso lixeiro, gran capacidade e sen efecto de memoria.Ao mesmo tempo, descarta as deficiencias da batería anterior, que se pode dicir que é un salto cualitativo.En 1976, Exxon solicitou a primeira patente de invención de baterías de litio do mundo, pero non se beneficiou da industrialización.Non obstante, isto non afecta a reputación de Whitingham como "pai do litio" e o seu estatus no mundo.

Aínda que o invento de Whitingham inspirou a industria, a combustión da carga da batería e o esmagamento interno preocuparon moito ao equipo, incluído o gudinaf.Polo tanto, el e dous asistentes posdoutorais continuaron explorando a táboa periódica de forma sistemática.En 1980, finalmente decidiron que o mellor material era o cobalto.O óxido de cobalto de litio, que se pode usar como cátodo das baterías de ión-litio, é moi superior a calquera outro material naquel momento e ocupou rapidamente o mercado.

Desde entón, a tecnoloxía das baterías humanas deu un importante paso adiante.Que pasaría sen cobaltita de litio?En resumo, por que o "gran teléfono móbil" era tan grande e pesado?É porque non hai batería de litio cobalto.Non obstante, aínda que a batería de óxido de litio cobalto ten moitas vantaxes, as súas desvantaxes quedan expostas despois da aplicación a gran escala, incluíndo custos elevados, escasa resistencia á sobrecarga e rendemento do ciclo e grave contaminación de residuos.

Así que goodinav e o seu alumno Mike Thackeray seguiron buscando mellores materiais.En 1982, Thackeray inventou unha batería de manganato de litio pioneira.Pero pronto, saltou ao Laboratorio Nacional de Argonne (ANL) para estudar baterías de litio.E goodinaf e o seu equipo seguen a buscar materiais alternativos, reducindo a lista a unha combinación de ferro e fósforo intercambiando unha vez máis sistemáticamente os metais da táboa periódica.

Ao final, o ferro e o fósforo non formaron a configuración que quería o equipo, pero formaron outra estrutura: despois de licoo3 e LiMn2O4 naceu oficialmente o terceiro material catódico para baterías de ión-litio: LiFePO4.Polo tanto, os tres electrodos positivos da batería de iones de litio máis importantes naceron no laboratorio de dinaf desde tempos antigos.Tamén se converteu no berce das baterías de litio no mundo, co nacemento dos mencionados dous químicos premio Nobel.

En 1996, a Universidade de Texas solicitou unha patente en nome do laboratorio de goodinaf.Esta é a primeira patente básica da batería LiFePO4.Desde entón, Michelle Armand, unha científica francesa do litio, uniuse ao equipo e solicitou con dinaf a patente da tecnoloxía de revestimento de carbono LiFePO4, converténdose na segunda patente básica de LiFePO4.Estas dúas patentes son as patentes fundamentais que non se poden eludir en ningún caso.

 

3/ Transferencia de tecnoloxía

Co desenvolvemento da aplicación tecnolóxica, hai un problema urxente a resolver no electrodo negativo da batería de óxido de litio cobalto, polo que non se industrializou rapidamente.Nese momento, o metal de litio usábase como material de ánodo das baterías de litio.Aínda que podería proporcionar unha densidade enerxética bastante alta, houbo moitos problemas, incluíndo a pulverización gradual do material do ánodo e a perda de actividade, e o crecemento de dendritas de litio podería perforar o diafragma, provocando un curtocircuíto ou mesmo unha combustión e explosión do batería.

Cando o problema era moi difícil, apareceron os xaponeses.Sony desenvolveu baterías de litio durante moito tempo e prestou moita atención aos desenvolvementos globais.Non obstante, non hai información sobre cando e onde se obtivo a tecnoloxía de cobaltita de litio.En 1991, Sony lanzou a primeira batería de ión-litio comercial da historia da humanidade e puxo varias baterías cilíndricas de óxido de cobalto de litio na última cámara ccd-tr1.Desde entón, a cara da electrónica de consumo mundial foi reescrita.

Foi Yoshino quen tomou esta importante decisión.Foi pioneiro no uso de carbono (grafito) en lugar do litio como ánodo da batería de litio, e combinouse co cátodo de óxido de litio cobalto.Isto mellora fundamentalmente a capacidade e ciclo de vida da batería de litio e reduce o custo, que é a última forza para a industrialización da batería de litio.Desde entón, as empresas chinesas e coreanas entraron na onda da industria das baterías de litio e neste momento creouse a nova tecnoloxía enerxética (ATL).

Debido ao roubo de tecnoloxía, a "alianza de dereitos" iniciada pola Universidade de Texas e algunhas empresas foi empuñando espadas en todo o mundo, o que provocou a loita de patentes que involucra a moitos países e empresas.Aínda que a xente aínda pensa que LiFePO4 é a batería de enerxía máis adecuada, un novo sistema de material de cátodo que combina as vantaxes do niobato de litio, o cobalto de litio e o manganeso de litio naceu tranquilamente nun laboratorio de Canadá.

En abril de 2001, Jeff Dann, profesor de física na Universidade de Dalhous e científico xefe do grupo 3M Canadá, inventou un material de cátodo ternario composto de níquel cobalto manganeso comercial a gran escala, que promoveu que a batería de litio atravesase o último paso para entrar no mercado. .O 27 de abril dese ano, 3M solicitou aos Estados Unidos a patente, que é a patente básica básica de materiais ternarios.Isto significa que, mentres no sistema ternario, ninguén pode moverse.

Case ao mesmo tempo, o Laboratorio Nacional de Argonne (ANL) propuxo por primeira vez o concepto de litio rico e, sobre esta base, inventou materiais ternarios ricos en litio e alto manganeso en capas, e solicitou con éxito unha patente en 2004. E a persoa encargada de este desenvolvemento tecnolóxico é thackerel, quen inventou o manganato de litio.Ata 2012, Tesla comezou a romper o impulso de ascenso gradual.Musk ofreceu varias veces un alto salario para contratar persoas do departamento de I+D de baterías de litio de 3M.

Aproveitando esta oportunidade, 3M impulsou o barco pola corrente, adoptou a estratexia de "a xente vai, pero os dereitos de patente permanecen", disolveu completamente o departamento de baterías e obtivo maiores beneficios exportando patentes e cooperación técnica.As patentes foron concedidas a varias empresas xaponesas e coreanas de baterías de litio como Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F e SK, así como a materiais de cátodo como Shanshan, Hunan Ruixiang e Beida Xianxian en China. máis de dez empresas en total.

As patentes de Anl só se conceden a tres empresas: BASF, un xigante químico alemán, Toyoda industries, unha fábrica xaponesa de materiais de cátodo e LG, unha empresa surcoreana.Máis tarde, ao redor da competencia básica de patentes de materiais ternarios, formáronse dúas alianzas de investigación universitaria de primeira liña.Isto deu forma practicamente á fortaleza tecnolóxica "innata" das empresas de baterías de litio no oeste, Xapón e Corea do Sur, mentres que China non gañou moito.

 

4/ O auxe das empresas chinesas

Dado que China non domina a tecnoloxía básica, como rompeu a situación?A investigación sobre baterías de litio de China non é demasiado tarde, case sincronizada co mundo.A finais da década de 1970, baixo a recomendación de Chen Liquan, un académico da Academia Chinesa de Enxeñaría en Alemaña, o Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciencias estableceu o primeiro laboratorio de ións en estado sólido en China e comezou a investigación sobre o litio. condutores iónicos e baterías de litio.En 1995, a primeira batería de litio de China naceu no Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciencias.

Ao mesmo tempo, grazas ao aumento da electrónica de consumo na década de 1990, as baterías de litio de China aumentaron simultáneamente e a aparición de "catro xigantes", é dicir, Lishen, BYD, bick e ATL.Aínda que Xapón liderou o desenvolvemento da industria, debido ao dilema da supervivencia, Sanyo Electric vendeu a Panasonic e Sony vendeu o seu negocio de baterías de litio á produción de Murata.Na feroz competencia no mercado, só BYD e ATL son os "catro grandes" en China.

En 2011, a "lista branca" de subvencións do goberno chinés bloqueou as empresas financiadas con fondos estranxeiros.Despois de ser adquirida polo capital xaponés, a identidade de ATL quedou obsoleta.Así que Zeng Yuqun, o fundador de ATL, planeou facer independente o negocio das baterías de enerxía, deixar participar nel o capital chinés e diluír as accións da empresa matriz TDK, pero non obtivo a aprobación.Así, Zeng Yuqun fundou a era Ningde (catl) e avanzou na acumulación de tecnoloxía orixinal e converteuse nun cabalo negro.

En termos de camiño tecnolóxico, BYD elixe unha batería de fosfato de ferro de litio segura e rendible, que é diferente da batería ternaria de litio de alta densidade enerxética na era de Ningde.Isto está relacionado co modelo de negocio de BYD.Wang Chuanfu, o fundador da empresa, defende "comer unha caña ata o final".Ademais do vidro e dos pneumáticos, case todas as outras partes dun coche prodúcense e véndense por si só, e despois compiten co mundo exterior cunha vantaxe de prezo.En base a isto, BYD estivo firmemente no segundo lugar no mercado interno durante moito tempo.

Pero a vantaxe de BYD tamén é a súa debilidade: fabrica baterías e vende coches, o que fai que outros fabricantes de automóbiles desconfíen naturalmente e prefiran dar ordes aos competidores antes que a eles mesmos.Por exemplo, Tesla, aínda que a tecnoloxía de batería LiFePO4 de BYD acumulou máis, aínda escolle a mesma tecnoloxía da era Ningde.Para cambiar a situación, BYD planea separar a batería de enerxía e lanzar a "batería blade".

Desde a reforma e apertura, a batería de litio é un dos poucos campos que pode poñerse ao día cos países desenvolvidos.As razóns son as seguintes: en primeiro lugar, o Estado concede gran importancia á protección estratéxica;segundo, non é demasiado tarde para comezar;terceiro, o mercado interno é o suficientemente grande;en cuarto lugar, un grupo de aspirantes a expertos técnicos e empresarios traballan xuntos para avanzar.Pero se nos acercamos, como o nome da era Ningde, son os logros económicos de China e a era dos vehículos eléctricos os que configuran a era Ningde.

Hoxe en día, China non está atrás dos países desenvolvidos na investigación de materiais de ánodo e electrólitos, pero aínda hai algunhas deficiencias, como o separador de baterías de litio, a densidade de enerxía, etc.Obviamente, a acumulación de tecnoloxía de Occidente, Xapón e Corea do Sur aínda ten algunhas vantaxes.Por exemplo, aínda que os tempos de Ningde ocuparon o primeiro posto no mercado mundial de baterías durante varios anos, os informes de investigación da industria nacional e estranxeira aínda enumeran a Panasonic e LG no primeiro posto, mentres que os tempos de Ningde e BYD están no segundo.

 

5/ Conclusión
 

Sen dúbida, co desenvolvemento da investigación relacionada no futuro, o desenvolvemento e aplicación de baterías de litio no mundo abrirá unha perspectiva máis ampla, que promoverá a reforma enerxética e a innovación da sociedade humana e inxectará un novo impulso ao desenvolvemento sostible. da economía e da sociedade e o fortalecemento da protección ambiental.Como compañía automotriz líder na industria, Tesla é como un bagre.Aínda que estimula o desenvolvemento de novos vehículos de enerxía, tamén está a tomar o liderado para desafiar o ambiente do mercado das baterías de litio.

Zeng Yuqun revelou unha vez a historia interna da súa alianza con Tesla: o almizcle estivo falando de custos todo o día.A implicación é que Tesla está a baixar o custo das baterías.Non obstante, hai que ter en conta que no proceso da carreira de Tesla e Ningde no mercado chinés, tanto o vehículo como a batería non deben ignorar o problema de calidade debido ao custo.Unha vez así, a serie orixinal doméstica de políticas ben intencionadas perderase moito en importancia.

Ademais, hai unha triste realidade.Aínda que China domina o mercado das baterías de litio, a maioría das tecnoloxías fundamentais e das patentes de fosfato de ferro de litio e materiais ternarios non están en mans do pobo chinés.Se se compara co Xapón, China ten unha gran brecha no investimento humano e de capital en investigación e desenvolvemento de baterías de litio.Isto destaca a importancia da investigación científica básica, que depende da persistencia e do investimento a longo prazo do Estado, das institucións de investigación científica e das empresas.

Na actualidade, as baterías de litio avanzan cara á terceira xeración despois das dúas xeracións anteriores de óxido de cobalto de litio, fosfato de ferro de litio e ternario de litio.Como as tecnoloxías fundamentais e as patentes das dúas primeiras xeracións foron divididas por empresas estranxeiras, China non ten vantaxes básicas suficientes, pero pode ser capaz de reverter a situación na próxima xeración mediante o deseño inicial.Tendo en conta o camiño de desenvolvemento industrial de investigación e desenvolvemento básico, investigación de aplicacións e desenvolvemento de produtos de materiais de batería, debemos estar preparados para unha guerra a longo prazo.

Cómpre sinalar que o desenvolvemento e aplicación de baterías de litio en China aínda se enfrontan a moitos desafíos.Por exemplo, no uso real de vehículos de enerxía nova con batería de litio, aínda hai algúns problemas, como a baixa densidade de enerxía, o rendemento deficiente a baixa temperatura, o tempo de carga longo, a vida útil curta, etc.

Desde 2019, China cancelou a "lista branca" de baterías e empresas estranxeiras como LG e Panasonic volveron ao mercado chinés cunha ofensiva de deseño extremadamente rápida.Ao mesmo tempo, coa crecente presión sobre o custo das baterías de litio, a competencia no mercado doméstico é cada vez máis intensa.Isto obrigará ás empresas relevantes a gañar a vantaxe en plena competencia cun maior rendemento do custo do produto e unha capacidade de reacción máis rápida no mercado, para promover a actualización e o crecemento continuo da industria de baterías de litio de China.


Hora de publicación: 16-mar-2021
Buscas máis información sobre os produtos profesionais e as solucións de enerxía de DET Power?Temos un equipo de expertos preparado para axudarche sempre.Encha o formulario e o noso representante de vendas poñerase en contacto contigo en breve.