Liderar el mercat global de bateries de liti significa que la Xina ha dominat la tecnologia bàsica (1)

El matí del 21 d'abril de 2014, Musk va llançar en paracaigudes a Beijing Qiaofu Fangcao amb un avió privat i va anar al Ministeri de Ciència i Tecnologia de la Xina per a la primera parada per explorar el futur de l'entrada de Tesla a la Xina.El Ministeri de Ciència i Tecnologia sempre ha estat animant Tesla, però aquesta vegada Musk va tancar la porta i va rebre la resposta següent: La Xina està considerant la reforma fiscal dels vehicles elèctrics.Abans de finalitzar la reforma, els models s encara hauran de pagar una tarifa del 25% com els vehicles tradicionals de combustible.

Així que Musk té previst "cridar" a través de la cimera d'innovadors del parc friki.A la sala principal de la sala de concerts de Zhongshan, Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming i altres han estat asseguts a l'escenari.I Musk va esperar darrere de l'escenari, va treure el mòbil i va piular.Quan va sonar la música, va pujar a l'escenari, aplaudint i aplaudint.Però quan va tornar als Estats Units, va tuitejar i es va queixar: "A la Xina, som com un bebè que gateja".

Des de llavors, Tesla ha estat a la vora de la fallida durant diverses vegades, ja que el mercat és generalment baixista i el problema de la distòcia ha provocat un cicle de recollida de clients de mig any.Com a resultat, el mesc es va esfondrar i fins i tot va fumar marihuana en directe, dormint cada dia en una fàbrica de Califòrnia per controlar el progrés.La millor manera de resoldre el problema de la capacitat és construir súper fàbriques a la Xina.Amb aquesta finalitat, Musk va plorar en el seu discurs a Hong Kong: per als clients xinesos, fins i tot va aprendre a utilitzar wechat.

 

El temps vola.El 7 de gener de 2020, Musk va tornar a Xangai i va lliurar el primer lot de claus domèstiques del model 3 als propietaris de cotxes xinesos a la fàbrica Tesla Shanghai Super.Les seves primeres paraules van ser: Gràcies al govern xinès.També va fer un ball d'esquena al moment.Des de llavors, amb la forta reducció de preus del model nacional 3, moltes persones dins i fora de la indústria han dit horroritzada: s'acosta la fi dels vehicles d'energia nova de la Xina.

Tanmateix, l'any passat, Tesla ha experimentat incidents de bolcament a gran escala, com ara combustió espontània de la bateria, motor fora de control, claraboia que s'ha volat, etc. I l'actitud de Tesla s'ha tornat "raonable" o arrogant.Recentment, a causa de la fallada elèctrica dels cotxes nous, Tesla ha estat criticat pels mitjans centrals.Relativament parlant, el problema de la contracció de la bateria de Tesla és molt comú, els propietaris de cotxes a Internet per denunciar la veu també un darrere l'altre.

Davant d'això, els òrgans estatals van prendre mesures oficialment.Recentment, l'Administració General de supervisió del mercat i altres cinc departaments van entrevistar Tesla, que principalment implicava problemes com l'acceleració anormal, el foc de la bateria, l'actualització remota del vehicle, etc. Com tots sabem, les bateries domèstiques de fosfat de ferro de liti s'utilitzen bàsicament en el model domèstic 3. .

Quina importància té la bateria de liti?Mirant enrere en el curs del desenvolupament industrial, la Xina realment entén la tecnologia bàsica?Com aconseguir l'èxit?

 

1/ L'eina important dels temps

 Liderar el mercat global de bateries de liti significa que la Xina ha dominat la tecnologia bàsica (2)

Al segle XX, la humanitat va crear més riquesa que la suma dels 2000 anys anteriors.Entre elles, la ciència i la tecnologia es poden considerar una força decisiva per promoure la civilització global i el desenvolupament econòmic.En els últims cent anys, les invencions científiques i tecnològiques creades per éssers humans són tan brillants com les estrelles, i es reconeix que dos d'ells tenen una influència de gran abast en el procés històric.El primer són els transistors, sense els quals no hi hauria ordinadors;el segon són les bateries d'ions de liti, sense les quals el món seria inimaginable.

Avui dia, les bateries de liti s'han utilitzat en milers de milions de telèfons mòbils, ordinadors portàtils i altres productes electrònics cada any, així com milions de vehicles d'energia nova, i fins i tot tots els dispositius portàtils de la terra que necessiten carregar-se.A més, amb l'arribada de la nova revolució dels vehicles energètics i la creació de més dispositius mòbils, la indústria de les bateries de liti tindrà un futur brillant.Per exemple, el valor de producció anual de les cèl·lules de la bateria de liti només ha arribat als 200.000 milions de iuans, i el futur és a la volta de la cantonada.

Els plans i calendaris per a l'eliminació futura dels vehicles de combustible formulats per diversos països del món també seran "la cirereta del pastís".El més primerenc és Noruega el 2025, i els Estats Units, el Japó i molts països europeus al voltant del 2035. La Xina no té un pla temporal clar.Si no hi ha noves tecnologies en el futur, la indústria de les bateries de liti continuarà prosperant durant dècades.Es pot dir que qui posseeix la tecnologia bàsica de la bateria de liti vol dir tenir el ceptre per dominar la indústria.

 

Els països d'Europa occidental van establir un calendari per eliminar els vehicles de combustible

Al llarg dels anys, Europa i els Estats Units, la Xina, el Japó i Corea del Sud han llançat una competència ferotge i fins i tot baralles en el camp de les bateries de liti, amb la participació de molts científics famosos, moltes universitats i institucions de recerca de primer nivell, així com gegants i consorcis de capitals. indústries del petroli, química, automòbil, ciència i tecnologia.Qui hauria pensat que el camí de desenvolupament de la indústria global de les bateries de liti era el mateix que el dels semiconductors: es va originar a Europa i als Estats Units, més fort que el Japó i Corea del Sud, i finalment va passar a dominar la Xina.

A les dècades de 1970 i 1980, la tecnologia de les bateries de liti va néixer a Europa i Amèrica.Més tard, els nord-americans van inventar successivament les bateries d'òxid de cobalt de liti, òxid de manganès de liti i fosfat de ferro de liti, que van prendre el lideratge de la indústria.El 1991, el Japó va ser el primer a industrialitzar les bateries d'ions de liti, però després el mercat va continuar reduint-se.Corea del Sud, en canvi, confia en l'estat per tirar-ho endavant.Al mateix temps, amb el fort suport del govern, la Xina ha fet que la indústria de les bateries de liti sigui la primera del món pas a pas.

En l'evolució de la indústria de les bateries de liti, Europa, Amèrica i Japó han jugat un paper important en la promoció de la tecnologia.L'any 2019, es va atorgar el Premi Nobel de Química als científics nord-americans John Goodinaf, Stanley Whitingham i el científic japonès Yoshino en reconeixement a les seves contribucions a la investigació i desenvolupament de bateries d'ions de liti.Com que els científics dels Estats Units i el Japó han guanyat el Premi Nobel, pot la Xina realment prendre el lideratge en la tecnologia bàsica de les bateries de liti?

 

2/ El bressol de la bateria de liti 

El desenvolupament de la tecnologia global de bateries de liti té un llarg camí a seguir.A principis dels anys setanta, com a resposta a la crisi del petroli, Exxon va establir un laboratori d'investigació a Nova Jersey, atraient un gran nombre de grans talents en física i química, inclòs Stanley Whitingham, becari postdoctoral en electroquímica d'estat sòlid a la Universitat de Stanford.El seu objectiu és reconstruir una nova solució energètica, és a dir, desenvolupar una nova generació de bateries recarregables.

Al mateix temps, Bell Labs ha creat un equip de químics i físics de la Universitat de Stanford.Les dues parts han llançat una competència extremadament ferotge en la recerca i el desenvolupament de bateries de nova generació.Encara que la investigació estigui relacionada, "els diners no són un problema".Després de gairebé cinc anys d'investigació altament confidencial, Whitingham i el seu equip van desenvolupar per primera vegada la primera bateria d'ió de liti recarregable del món.

Aquesta bateria de liti utilitza de manera creativa sulfur de titani com a material càtode i liti com a material ànode.Té els avantatges de pes lleuger, gran capacitat i sense efecte de memòria.Al mateix temps, descarta les mancances de la bateria anterior, que es pot dir que és un salt qualitatiu.El 1976, Exxon va sol·licitar la primera patent d'invenció de bateries de liti del món, però no es va beneficiar de la industrialització.Tanmateix, això no afecta la reputació de Whitingham com a "pare del liti" i el seu estatus al món.

Tot i que la invenció de Whitingham va inspirar la indústria, la combustió de càrrega de la bateria i la trituració interna van preocupar molt l'equip, inclòs Gudinaf.Per tant, ell i dos assistents postdoctorals van continuar explorant la taula periòdica de manera sistemàtica.L'any 1980, finalment van decidir que el millor material era el cobalt.L'òxid de cobalt de liti, que es pot utilitzar com a càtode de bateries d'ions de liti, és molt superior a qualsevol altre material en aquell moment i va ocupar ràpidament el mercat.

Des de llavors, la tecnologia de les bateries humanes ha fet un pas endavant substancial.Què passaria sense la cobaltita de liti?En resum, per què el "gran mòbil" era tan gran i pesat?És perquè no hi ha bateria de liti-cobalt.Tanmateix, tot i que la bateria d'òxid de cobalt de liti té molts avantatges, els seus desavantatges s'exposen després d'una aplicació a gran escala, com ara un cost elevat, una resistència a la sobrecàrrega baixa i un rendiment del cicle i una contaminació greu de residus.

Així que Goodinav i el seu alumne Mike Thackeray van continuar buscant millors materials.El 1982, Thackeray va inventar una bateria de manganat de liti pionera.Però aviat, va saltar al Laboratori Nacional d'Argonne (ANL) per estudiar les bateries de liti.I goodinaf i el seu equip continuen buscant materials alternatius, reduint la llista a una combinació de ferro i fòsfor canviant una vegada més sistemàticament els metalls de la taula periòdica.

Al final, el ferro i el fòsfor no van formar la configuració que l'equip volia, però van formar una altra estructura: després de licoo3 i LiMn2O4, va néixer oficialment el tercer material càtode per a bateries d'ions de liti: LiFePO4.Per tant, els tres elèctrodes positius de la bateria d'ions de liti més importants van néixer al laboratori de dinaf des de l'antiguitat.També s'ha convertit en el bressol de les bateries de liti al món, amb el naixement dels dos esmentats químics premis Nobel.

El 1996, la Universitat de Texas va sol·licitar una patent en nom del laboratori de Goodinaf.Aquesta és la primera patent bàsica de la bateria LiFePO4.Des de llavors, Michelle Armand, una científica francesa del liti, s'ha unit a l'equip i ha sol·licitat amb dinaf la patent de la tecnologia de recobriment de carboni LiFePO4, convertint-se en la segona patent bàsica de LiFePO4.Aquestes dues patents són les patents bàsiques que no es poden obviar en cap cas.

 

3/ Transferència de tecnologia

Amb el desenvolupament de l'aplicació de la tecnologia, hi ha un problema urgent a resoldre en l'elèctrode negatiu de la bateria d'òxid de cobalt de liti, de manera que no s'ha industrialitzat ràpidament.En aquell moment, el metall de liti s'utilitzava com a material d'ànode de les bateries de liti.Tot i que podria proporcionar una densitat d'energia bastant alta, hi havia molts problemes, inclosa la pols gradual del material de l'ànode i la pèrdua d'activitat, i el creixement de les dendrites de liti podria perforar el diafragma, provocant un curtcircuit o fins i tot la combustió i l'explosió del bateria.

Quan el problema era molt difícil, van aparèixer els japonesos.Sony ha estat desenvolupant bateries de liti durant molt de temps i ha prestat molta atenció als desenvolupaments globals.Tanmateix, no hi ha informació sobre quan i on es va obtenir la tecnologia de cobaltita de liti.El 1991, Sony va llançar la primera bateria comercial d'ions de liti de la història de la humanitat i va posar diverses bateries cilíndriques d'òxid de cobalt de liti a la darrera càmera ccd-tr1.Des d'aleshores, la cara de l'electrònica de consum mundial ha estat reescrita.

Va ser Yoshino qui va prendre aquesta important decisió.Va ser pioner en l'ús de carboni (grafit) en comptes del liti com a ànode de la bateria de liti, i es va combinar amb càtode d'òxid de liti cobalt.Això millora fonamentalment la capacitat i el cicle de vida de la bateria de liti i redueix el cost, que és l'última força per a la industrialització de la bateria de liti.Des de llavors, les empreses xineses i coreanes s'han abocat a l'onada de la indústria de les bateries de liti i en aquest moment es va establir una nova tecnologia energètica (ATL).

A causa del robatori de tecnologia, l'"aliança de drets" iniciada per la Universitat de Texas i algunes empreses ha estat empunant espases a tot el món, donant lloc a la baralla de patents que involucra molts països i empreses.Tot i que la gent encara pensa que LiFePO4 és la bateria de potència més adequada, un nou sistema de material càtode que combina els avantatges del niobat de liti, el cobalt de liti i el manganès de liti ha nascut en un laboratori al Canadà.

L'abril de 2001, Jeff Dann, professor de física a la Universitat de Dalhous i científic en cap del grup 3M Canadà, va inventar un material càtode compost ternari de níquel cobalt manganès comercial a gran escala, que va promoure la bateria de liti per trencar l'últim pas per entrar al mercat. .El 27 d'abril d'aquell any, 3M va sol·licitar la patent als Estats Units, que és la patent bàsica de materials ternaris.Això vol dir que, sempre que en el sistema ternari, ningú es pot moure.

Gairebé al mateix temps, el Laboratori Nacional d'Argonne (ANL) va proposar per primera vegada el concepte de liti ric i, sobre aquesta base, va inventar materials ternaris rics en liti i alt manganès en capes, i va sol·licitar amb èxit una patent el 2004. I la persona encarregada de aquest desenvolupament tecnològic és Thackerel, que va inventar el manganat de liti.Fins al 2012, Tesla va començar a esclatar l'impuls de l'augment gradual.Musk va oferir diverses vegades un sou elevat per reclutar persones del departament d'R + D de bateries de liti de 3M.

Aprofitant aquesta oportunitat, 3M va impulsar el vaixell pel corrent, va adoptar l'estratègia de "la gent va, però els drets de patent romanen", va dissoldre completament el departament de bateries i va obtenir més beneficis exportant patents i cooperació tècnica.Les patents es van concedir a diverses empreses de bateries de liti japoneses i coreanes com Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F i SK, així com materials de càtode com Shanshan, Hunan Ruixiang i Beida Xianxian a la Xina. més de deu empreses en total.

Les patents d'Anl només es concedeixen a tres empreses: BASF, un gegant químic alemany, Toyoda industries, una fàbrica japonesa de materials de càtode i LG, una empresa sud-coreana.Més tard, al voltant de la competència bàsica de patents de materials ternaris, es van formar dues aliances de recerca universitàries de primer nivell.Això pràcticament ha donat forma a la força tecnològica "innata" de les empreses de bateries de liti a l'oest, Japó i Corea del Sud, mentre que la Xina no ha guanyat gaire.

 

4/ L'auge de les empreses xineses

Com que la Xina no domina la tecnologia bàsica, com va trencar la situació?La investigació de la bateria de liti de la Xina no és massa tard, gairebé sincronitzada amb el món.A finals de la dècada de 1970, sota la recomanació de Chen Liquan, un acadèmic de l'Acadèmia Xinesa d'Enginyeria d'Alemanya, l'Institut de Física de l'Acadèmia Xinesa de Ciències va establir el primer laboratori d'ions d'estat sòlid a la Xina i va iniciar la investigació sobre el liti. conductors d'ions i bateries de liti.El 1995, la primera bateria de liti de la Xina va néixer a l'Institut de Física de l'Acadèmia Xinesa de Ciències.

Al mateix temps, gràcies a l'auge de l'electrònica de consum a la dècada de 1990, les bateries de liti de la Xina han augmentat simultàniament i l'aparició de "quatre gegants", és a dir, Lishen, BYD, bick i ATL.Tot i que Japó va liderar el desenvolupament de la indústria, a causa del dilema de supervivència, Sanyo Electric va vendre a Panasonic i Sony va vendre el seu negoci de bateries de liti a la producció de Murata.En la ferotge competència del mercat, només BYD i ATL són els "quatre grans" a la Xina.

El 2011, la "llista blanca" de subvencions del govern xinès va bloquejar les empreses finançades per l'estranger.Després de ser adquirida pel capital japonès, la identitat d'ATL va quedar obsoleta.Així doncs, Zeng Yuqun, el fundador d'ATL, va planejar independitzar el negoci de la bateria d'energia, deixar que el capital xinès hi participés i diluir les accions de l'empresa matriu TDK, però no va obtenir l'aprovació.Així que Zeng Yuqun va fundar l'era Ningde (catl) i va avançar en l'acumulació de tecnologia original i es va convertir en un cavall negre.

Pel que fa al camí tecnològic, BYD tria una bateria de fosfat de ferro de liti segura i rendible, que és diferent de la bateria ternària de liti d'alta densitat energètica de l'era de Ningde.Això està relacionat amb el model de negoci de BYD.Wang Chuanfu, el fundador de l'empresa, defensa "menjar una canya fins al final".A part del vidre i els pneumàtics, gairebé totes les altres parts d'un cotxe es produeixen i es venen per si mateixes, i després competeixen amb el món exterior amb un avantatge de preu.En base a això, BYD ha estat fermament en el segon lloc del mercat nacional durant molt de temps.

Però l'avantatge de BYD també és la seva debilitat: fa bateries i ven cotxes, la qual cosa fa que altres fabricants d'automòbils desconfiïn naturalment i prefereixin donar ordres als competidors en lloc de ells mateixos.Per exemple, Tesla, tot i que la tecnologia de bateries LiFePO4 de BYD ha acumulat més, encara tria la mateixa tecnologia de l'era Ningde.Per canviar la situació, BYD té previst separar la bateria d'alimentació i llançar la "bateria blade".

Des de la reforma i obertura, la bateria de liti és un dels pocs camps que pot posar-se al dia amb els països desenvolupats.Els motius són els següents: en primer lloc, l'estat atorga una gran importància a la protecció estratègica;segon, no és massa tard per començar;tercer, el mercat nacional és prou gran;en quart lloc, un grup d'aspirants a experts tècnics i empresaris treballen junts per avançar.Però si ens apropem, igual que el nom de l'era Ningde, són els assoliments econòmics de la Xina i l'era dels vehicles elèctrics els que donen forma a l'era de Ningde.

Avui dia, la Xina no es queda enrere dels països desenvolupats en la recerca de materials d'ànode i electròlits, però encara hi ha algunes deficiències, com ara el separador de bateries de liti, la densitat d'energia, etc.Òbviament, l'acumulació de tecnologia d'oest, Japó i Corea del Sud encara té alguns avantatges.Per exemple, tot i que Ningde times ha ocupat el primer lloc al mercat global de bateries durant diversos anys, els informes d'investigació de la indústria nacional i estrangera encara inclouen Panasonic i LG al primer rang, mentre que Ningde times i BYD es troben al segon rang.

 

5/ Conclusió
 

Sens dubte, amb el desenvolupament de la investigació relacionada en el futur, el desenvolupament i l'aplicació de bateries de liti al món donarà lloc a una perspectiva més àmplia, que promourà la reforma energètica i la innovació de la societat humana i donarà un nou impuls al desenvolupament sostenible. de l'economia i la societat i l'enfortiment de la protecció del medi ambient.Com a empresa d'automòbils líder en la indústria, Tesla és com un bagre.Tot i que estimula el desenvolupament de vehicles d'energia nova, també està prenent el lideratge per desafiar l'entorn del mercat de les bateries de liti.

Zeng Yuqun va revelar una vegada la història interior de la seva aliança amb Tesla: Musk ha estat parlant de costos durant tot el dia.La implicació és que Tesla està reduint el cost de les bateries.Tanmateix, cal assenyalar que en el procés de la pressa de l'era de Tesla i Ningde al mercat xinès, tant el vehicle com la bateria no haurien d'ignorar el problema de qualitat a causa del cost.Un cop així, la sèrie nacional original de polítiques ben intencionades es reduirà molt en importància.

A més, hi ha una trista realitat.Tot i que la Xina domina el mercat de les bateries de liti, la majoria de tecnologies bàsiques i patents de fosfat de ferro de liti i materials ternaris no estan en mans del poble xinès.Si es compara amb el Japó, la Xina té un gran buit en la inversió humana i de capital en recerca i desenvolupament de bateries de liti.Això posa de manifest la importància de la investigació científica bàsica, que depèn de la persistència i la inversió a llarg termini de l'estat, les institucions de recerca científica i les empreses.

En l'actualitat, les bateries de liti avancen cap a la tercera generació després de les dues generacions anteriors d'òxid de cobalt de liti, fosfat de ferro de liti i ternari de liti.Com que les tecnologies bàsiques i les patents de les dues primeres generacions han estat dividides per empreses estrangeres, la Xina no té prou avantatges bàsics, però pot ser capaç de revertir la situació en la propera generació mitjançant un disseny inicial.Tenint en compte el camí del desenvolupament industrial de la investigació bàsica i el desenvolupament, la investigació d'aplicacions i el desenvolupament de productes de materials de bateries, hauríem d'estar preparats per a una guerra a llarg termini.

Cal assenyalar que el desenvolupament i l'aplicació de bateries de liti a la Xina encara s'enfronten a molts reptes.Per exemple, en l'ús real de vehicles d'energia nova amb bateries de liti, encara hi ha alguns problemes, com ara una baixa densitat d'energia, un rendiment baix a baixa temperatura, un temps de càrrega llarg, una vida útil curta, etc.

Des del 2019, la Xina ha cancel·lat la "llista blanca" de bateries i empreses estrangeres com LG i Panasonic han tornat al mercat xinès, amb una ofensiva de disseny extremadament ràpida.Al mateix temps, amb la creixent pressió sobre el cost de les bateries de liti, la competència al mercat nacional és cada cop més intensa.Això obligarà les empreses rellevants a guanyar l'avantatge en plena competència amb un rendiment més elevat del cost del producte i una capacitat de reacció del mercat més ràpida, per tal de promoure l'actualització i el creixement continu de la indústria de les bateries de liti de la Xina.


Hora de publicació: 16-mar-2021
Esteu buscant més informació sobre els productes professionals i les solucions d'energia de DET Power?Tenim un equip expert preparat per ajudar-te sempre.Omple el formulari i el nostre representant de vendes es posarà en contacte amb tu en breu.