Da li vodeći na globalnom tržištu litijumskih baterija znači da je Kina ovladala osnovnom tehnologijom (1)

Ujutro 21. aprila 2014. godine, mošus je privatnim avionom spustio padobran u Pekingu Qiaofu Fangcao i otišao do Ministarstva nauke i tehnologije Kine na prvu stanicu da istraži budućnost Teslinog ulaska u Kinu.Ministarstvo nauke i tehnologije oduvijek je ohrabrivalo Teslu, ali ovaj put je Musk zatvorio vrata i dobio sljedeći odgovor: Kina razmatra poresku reformu električnih vozila.Prije završetka reforme, modeli će i dalje morati plaćati 25% tarife kao i vozila na tradicionalna goriva.

Tako Musk planira da "viče" kroz samit inovatora u parku geek.U glavnoj dvorani koncertne dvorane Zhongshan, na bini su sjedili Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming i drugi.A Musk je čekao iza bine, izvadio svoj mobilni telefon i tvitovao.Kada se začula muzika, krenuo je na binu, klicati i aplauzom.Ali kada se vratio u Sjedinjene Države, tvitovao je i požalio se: "U Kini smo kao beba koja puzi."

Od tada, Tesla je nekoliko puta bio na ivici bankrota, jer je tržište generalno medvjeđe, a problem distocije doveo je do polugodišnjeg ciklusa naplate kupaca.Kao rezultat toga, mošus je propao i čak je pušio marihuanu uživo, spavajući u kalifornijskoj fabrici svaki dan kako bi pratio napredak.Najbolji način da se riješi problem kapaciteta je izgradnja super tvornica u Kini.U tu svrhu, Musk je plakao u svom govoru u Hong Kongu: za kineske kupce, čak je naučio da koristi wechat.

 

Vrijeme leti.Musk je 7. januara 2020. ponovo došao u Šangaj i isporučio prvu seriju ključeva domaćeg modela 3 kineskim vlasnicima automobila u fabrici Tesla Shanghai Super.Njegove prve riječi su bile: Hvala kineskoj vladi.Na licu mjesta je imao i trljanje leđa.Od tada, sa naglim smanjenjem cijene domaćeg modela 3, mnogi ljudi unutar i izvan industrije užasnuto su rekli: dolazi kraj kineskih novih energetskih vozila.

Međutim, u protekloj godini Tesla je doživio incidente prevrtanja velikih razmjera, uključujući spontano sagorijevanje akumulatora, kvar motora, odlijetanje krovnog prozora, itd. I Teslin stav je postao „razuman“ ili arogantan.Nedavno, zbog nestanka struje novih automobila, Teslu su kritikovali centralni mediji.Relativno govoreći, problem skupljanja Teslinog akumulatora je vrlo čest, vlasnici automobila na internetu prozivaju glas takođe jedan za drugim.

S obzirom na to, državni organi su i zvanično preduzeli akciju.Nedavno je Glavna uprava za nadzor tržišta i ostalih pet odjela intervjuisali Teslu, što se uglavnom odnosilo na probleme kao što su nenormalno ubrzanje, paljenje baterije, daljinska nadogradnja vozila, itd. Kao što svi znamo, domaće litijum željezo-fosfatne baterije u osnovi se koriste u domaćem modelu 3 .

Koliko je važna litijumska baterija?Osvrćući se na tok industrijskog razvoja, da li Kina zaista shvata osnovnu tehnologiju?Kako do uspjeha?

 

1/ Važan alat vremena

 Da li vodeći na globalnom tržištu litijumskih baterija znači da je Kina ovladala osnovnom tehnologijom (2)

U 20. vijeku, čovječanstvo je stvorilo više bogatstva nego zbir prethodnih 2000 godina.Među njima, nauka i tehnologija se mogu smatrati odlučujućom snagom u promovisanju globalne civilizacije i ekonomskog razvoja.U proteklih stotinu godina, naučni i tehnološki izumi koje su stvorila ljudska bića su briljantni poput zvijezda, a za dva od njih je priznato da imaju dalekosežan utjecaj na historijski proces.Prvi su tranzistori, bez kojih ne bi bilo kompjutera;drugi su litijum-jonske baterije, bez kojih bi svijet bio nezamisliv.

Danas se litijumske baterije koriste u milijardama mobilnih telefona, laptopa i drugih elektronskih proizvoda svake godine, kao i milionima novih energetskih vozila, pa čak i svim prenosivim uređajima na zemlji kojima je potrebno punjenje.Osim toga, s pojavom nove energetske revolucije vozila i stvaranjem više mobilnih uređaja, industrija litijskih baterija imat će svijetlu budućnost.Na primjer, godišnja vrijednost proizvodnje samo ćelija litijumskih baterija dostigla je 200 milijardi juana, a budućnost je pred vratima.

Planovi i rasporedi za buduću eliminaciju vozila na gorivo koje su formulisale različite zemlje sveta takođe će biti „šlag na tortu“.Najraniji je Norveška 2025., a Sjedinjene Države, Japan i mnoge evropske zemlje oko 2035. Kina nema jasan vremenski plan.Ako ne bude nove tehnologije u budućnosti, industrija litijumskih baterija će nastaviti da cveta decenijama.Može se reći da onaj ko posjeduje osnovnu tehnologiju litijumske baterije znači imati žezlo da dominira industrijom.

 

Zapadnoevropske zemlje postavile su raspored za postupno ukidanje vozila na gorivo

Tokom godina, Evropa i Sjedinjene Američke Države, Kina, Japan i Južna Koreja pokrenule su žestoku konkurenciju, pa čak i svađu na polju litijumskih baterija, uključujući mnoge poznate naučnike, mnoge vrhunske univerzitete i istraživačke institucije, kao i gigante i konzorcijume kapitala u naftna, hemijska, automobilska, naučna i tehnološka industrija.Ko bi rekao da je razvojni put globalne industrije litijumskih baterija bio isti kao i poluvodičkih: nastao je u Evropi i Sjedinjenim Državama, jači od Japana i Južne Koreje, da bi konačno postao pod dominacijom Kine.

1970-ih i 1980-ih, tehnologija litijumskih baterija je nastala u Evropi i Americi.Kasnije su Amerikanci sukcesivno izumili litijum-kobalt oksid, litijum-mangan-oksid i litijum-gvozdeno-fosfatne baterije, koje su preuzele vodeću ulogu u industriji.Japan je 1991. godine bio prvi koji je industrijalizovao litijum-jonske baterije, ali je tada tržište nastavilo da se smanjuje.Južna Koreja se, s druge strane, oslanja na državu da je pogura naprijed.Istovremeno, uz snažnu podršku vlade, Kina je korak po korak učinila industriju litijumskih baterija prvom u svijetu.

U evoluciji industrije litijumskih baterija, Evropa, Amerika i Japan su odigrali važnu ulogu u promovisanju tehnologije.Godine 2019. Nobelovu nagradu za hemiju dobili su američki naučnici John Goodinaf, Stanley Whitingham i japanski naučnik Yoshino kao priznanje za njihov doprinos istraživanju i razvoju litijum-jonskih baterija.Budući da su naučnici iz Sjedinjenih Država i Japana dobili Nobelovu nagradu, može li Kina zaista preuzeti vodstvo u osnovnoj tehnologiji litijumskih baterija?

 

2/ Kolijevka litijumske baterije 

Razvoj globalne tehnologije litijumskih baterija ima dug put koji treba pratiti.Početkom 1970-ih, kao odgovor na naftnu krizu, Exxon je osnovao istraživačku laboratoriju u New Jerseyu, privlačeći veliki broj vrhunskih talenata u fizici i hemiji, uključujući Stenlija Vajtingema, postdoktorskog saradnika iz elektrohemije čvrstog stanja na Univerzitetu Stanford.Njegov cilj je rekonstrukcija novog energetskog rješenja, odnosno razvoj nove generacije punjivih baterija.

Istovremeno, Bell Labs je osnovao tim hemičara i fizičara sa Univerziteta Stanford.Dvije strane su pokrenule izuzetno žestoku konkurenciju u istraživanju i razvoju baterija sljedeće generacije.Čak i ako je istraživanje povezano, „novac nije problem.“.Nakon skoro pet godina vrlo povjerljivog istraživanja, Whitingham i njegov tim prvi su razvili prvu na svijetu punjivu litijum-jonsku bateriju.

Ova litijumska baterija kreativno koristi titanijum sulfid kao materijal katode i litijum kao anodni materijal.Ima prednosti male težine, velikog kapaciteta i bez memorijskog efekta.Istovremeno, odbacuje nedostatke prethodne baterije, za šta se može reći da je kvalitativni skok.Godine 1976. Exxon je prijavio prvi svjetski patent za pronalazak litijumskih baterija, ali nije imao koristi od industrijalizacije.Međutim, to ne utiče na reputaciju Whitinghama kao “oca litijuma” i njegov status u svijetu.

Iako je Whiteinghamov izum inspirirao industriju, izgaranje punjenja baterije i unutrašnje drobljenje uvelike su uznemirili tim, uključujući Gudinaf.Stoga su on i dva postdoktorska asistenta nastavili sistematski istraživati ​​periodni sistem.1980. konačno su odlučili da je najbolji materijal kobalt.Litijum kobalt oksid, koji se može koristiti kao katoda litijum-jonskih baterija, daleko je superiorniji od svih drugih materijala u to vreme i brzo je zauzeo tržište.

Od tada je tehnologija ljudskih baterija napravila značajan korak naprijed.Šta bi se dogodilo bez litijum kobaltita?Ukratko, zašto je “veliki mobilni telefon” bio tako velik i težak?To je zato što nema litijum-kobalt baterije.Međutim, iako litijum-kobalt oksid baterija ima mnoge prednosti, njeni nedostaci su izloženi nakon široke primjene, uključujući visoku cijenu, lošu otpornost na prekomjerno punjenje i performanse ciklusa, te ozbiljno zagađenje otpadom.

Tako su Goodinav i njegov učenik Mike Thackeray nastavili tražiti bolje materijale.Godine 1982. Thackeray je izumio pionirsku litijum-manganatnu bateriju.Ali ubrzo je skočio u Nacionalnu laboratoriju Argonne (ANL) da proučava litijumske baterije.Goodinaf i njegov tim nastavljaju da traže alternativne materijale, svodeći listu na kombinaciju gvožđa i fosfora još jednom sistematskom zamjenom metala u periodnom sistemu.

Na kraju, željezo i fosfor nisu formirali konfiguraciju koju je tim želio, ali su formirali drugu strukturu: nakon licoo3 i LiMn2O4, službeno je rođen treći katodni materijal za litijum-jonske baterije: LiFePO4.Stoga su tri najvažnije pozitivne elektrode litijum-jonske baterije sve rođene u dinafovoj laboratoriji od davnina.Takođe je postao i kolevka litijumskih baterija u svetu, rođenjem pomenute dvojice hemičara koji su dobili Nobelovu nagradu.

Godine 1996. Univerzitet Teksasa je podnio zahtjev za patent u ime Goodinafove laboratorije.Ovo je prvi osnovni patent LiFePO4 baterije.Od tada, Michelle Armand, francuska naučnica za litijum, pridružila se timu i prijavila se sa dinafom za patent tehnologije LiFePO4 ugljeničnog premaza, postavši drugi osnovni patent LiFePO4.Ova dva patenta su osnovni patenti koji se ni u kom slučaju ne mogu zaobići.

 

3/ Transfer tehnologije

S razvojem primjene tehnologije, postoji hitan problem koji treba riješiti u negativnoj elektrodi litij-kobalt oksidne baterije, tako da nije brzo industrijalizirana.U to vrijeme, litijum metal se koristio kao anodni materijal litijumskih baterija.Iako je mogao pružiti prilično visoku gustoću energije, bilo je mnogo problema, uključujući postupno usitnjavanje anodnog materijala i gubitak aktivnosti, a rast litijumskih dendrita mogao bi probiti dijafragmu, što je rezultiralo kratkim spojem ili čak izgaranjem i eksplozijom baterija.

Kada je problem bio veoma težak, pojavili su se Japanci.Sony je dugo razvijao litijumske baterije i posvetio je veliku pažnju globalnom razvoju.Međutim, nema informacija o tome kada i gdje je dobivena tehnologija litij kobaltita.Godine 1991. Sony je izdao prvu komercijalnu litijum-jonsku bateriju u ljudskoj istoriji i stavio nekoliko litijum-kobalt oksidnih cilindričnih baterija u najnoviju ccd-tr1 kameru.Od tada je lice svjetske potrošačke elektronike preinačeno.

Yoshino je bio taj koji je donio ovu važnu odluku.On je bio pionir upotrebe ugljika (grafita) umjesto litijuma kao anode litijumske baterije i u kombinaciji sa katodom od litijum kobalt oksida.Ovo u osnovi poboljšava kapacitet i životni vijek litijumske baterije i smanjuje troškove, što je posljednja sila za industrijalizaciju litijumske baterije.Od tada, kineska i korejska preduzeća su se izlila u val industrije litijumskih baterija, a u to vrijeme je uspostavljena nova energetska tehnologija (ATL).

Zbog krađe tehnologije, "savez za prava" koju su pokrenuli Univerzitet u Teksasu i neka preduzeća vitlala je mačevima širom svijeta, što je rezultiralo sukobom s patentima u kojem su bile uključene mnoge zemlje i kompanije.Dok ljudi i dalje misle da je LiFePO4 najprikladnija baterija za napajanje, novi sistem katodnog materijala koji kombinuje prednosti litijum niobata, litijum kobalta i litijum mangana tiho je rođen u laboratoriji u Kanadi.

U aprilu 2001., Jeff Dann, profesor fizike na Univerzitetu Dalhous i glavni naučnik 3M grupe Kanada, izumio je veliki komercijalni nikl-kobalt-mangan ternarni kompozitni katodni materijal, koji je promovirao litijumsku bateriju da probije posljednji korak ulaska na tržište. .Dana 27. aprila te godine, 3M se prijavio Sjedinjenim Državama za patent, koji je osnovni osnovni patent ternarnih materijala.To znači da sve dok je u ternarnom sistemu, niko ne može da se zaobiđe.

Gotovo u isto vrijeme, Argonne National Laboratory (ANL) prvi je predložio koncept bogatog litijuma, i na osnovu toga izumio trostruke materijale bogate litijumom i visokim sadržajem mangana, te uspješno prijavio patent 2004. godine. I osoba zadužena za ovaj tehnološki razvoj je thackerel, koji je izumio litijum manganat.Do 2012. Tesla je počeo da izbija zamah postepenog uspona.Musk je ponudio nekoliko puta veću platu kako bi zaposlio ljude iz 3M-ovog odjela za istraživanje i razvoj litijumskih baterija.

Iskoristivši ovu priliku, 3M je gurnuo brod po struji, usvojio strategiju „ljudi odlaze, ali patentna prava ostaju“, potpuno je rasformirao odjel za baterije i ostvario veći profit izvozom patenata i tehničkom saradnjom.Patenti su odobreni brojnim japanskim i korejskim preduzećima za litijumske baterije kao što su Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F i SK, kao i katodni materijali kao što su Shanshan, Hunan Ruixiang i Beida Xianxian u Kini. više od deset preduzeća ukupno.

Anl-ovi patenti su odobreni samo trima kompanijama: BASF-u, njemačkom hemijskom gigantu, Toyoda Industries, japanskoj fabrici katodnog materijala i LG-u, južnokorejskoj kompaniji.Kasnije, oko ključne patentne konkurencije ternarnih materijala, formirana su dva vrhunska univerzitetska istraživačka saveza.Ovo je praktično oblikovalo „urođenu“ tehnološku snagu preduzeća za proizvodnju litijumskih baterija na zapadu, u Japanu i Južnoj Koreji, dok Kina nije mnogo dobila.

 

4/ Uspon kineskih preduzeća

Pošto Kina nije savladala osnovnu tehnologiju, kako je prekinula situaciju?Kinesko istraživanje litijumskih baterija nije prekasno, gotovo sinhronizovano sa svetom.Krajem 1970-ih, prema preporuci Chen Liquana, akademika Kineske akademije inženjeringa u Njemačkoj, Institut za fiziku Kineske akademije nauka osnovao je prvu ionsku laboratoriju čvrstog stanja u Kini i započeo istraživanje litij- jonski provodnici i litijumske baterije.1995. godine u Institutu za fiziku Kineske akademije nauka rođena je prva kineska litijumska baterija.

Istovremeno, zahvaljujući usponu potrošačke elektronike 1990-ih, kineske litijumske baterije su istovremeno porasle i pojavi „četiri giganta“, odnosno Lishen, BYD, bick i ATL.Iako je Japan predvodio razvoj industrije, zbog dileme opstanka, Sanyo Electric je prodao Panasonic, a Sony je prodao svoje poslovanje s litijumskim baterijama Muratinoj proizvodnji.U oštroj konkurenciji na tržištu, samo su BYD i ATL „velika četvorka“ u Kini.

U 2011. godini, subvencija kineske vlade „bijela lista“ blokirala je preduzeća koja se finansiraju iz inostranstva.Nakon što ga je kupio japanski kapital, ATL-ov identitet je zastario.Tako je Zeng Yuqun, osnivač ATL-a, planirao da osamostaljuje posao sa baterijama, pusti kineskog kapitala da u njemu učestvuje i razvodni dionice matične kompanije TDK, ali nije dobio odobrenje.Tako je Zeng Yuqun osnovao Ningde eru (catl) i napravio napredak u prvobitnoj akumulaciji tehnologije i postao crni konj.

U smislu tehnološkog puta, BYD bira sigurnu i isplativu litijum-gvozdeno-fosfatnu bateriju, koja se razlikuje od litijum-ternarne baterije velike gustine energije u Ningde eri.Ovo je povezano sa BYD-ovim poslovnim modelom.Wang Chuanfu, osnivač kompanije, zagovara „jedenje štapa do kraja“.Osim stakla i guma, gotovo svi ostali dijelovi automobila se proizvode i prodaju sami, a zatim se cjenovno nadmeću s vanjskim svijetom.Na osnovu toga, BYD je već duže vrijeme čvrsto na drugom mjestu na domaćem tržištu.

Ali prednost BYD-a je i njegova slabost: proizvodi baterije i prodaje automobile, zbog čega drugi proizvođači automobila prirodno nemaju povjerenja i radije daju naredbe konkurentima, a ne sebi.Na primjer, Tesla, iako je BYD-ova LiFePO4 tehnologija baterija akumulirala više, i dalje bira istu tehnologiju iz Ningde ere.Kako bi promijenio situaciju, BYD planira odvojiti bateriju za napajanje i lansirati “blade bateriju”.

Od reforme i otvaranja, litijumska baterija je jedno od rijetkih oblasti koje mogu sustići razvijene zemlje.Razlozi su sljedeći: prvo, država pridaje veliki značaj strateškoj zaštiti;drugo, nije kasno za početak;treće, domaće tržište je dovoljno veliko;četvrto, grupa ambicioznih tehničkih stručnjaka i preduzetnika rade zajedno na probijanju.Ali ako uvećamo, baš kao i naziv Ningde ere, ekonomska dostignuća Kine i era električnih vozila oblikuju Ningde eru.

Danas Kina ne zaostaje za razvijenim zemljama u istraživanju anodnih materijala i elektrolita, ali i dalje postoje neki nedostaci, kao što su separator litijumskih baterija, gustoća energije itd.Očigledno, akumulacija tehnologije Zapada, Japana i Južne Koreje i dalje ima neke prednosti.Na primjer, iako je Ningde times bio na prvom mjestu na globalnom tržištu baterija već nekoliko godina, izvještaji o domaćim i stranim industrijskim istraživanjima i dalje navode Panasonic i LG u prvom rangu, dok su Ningde times i BYD na drugom rangu.

 

5/ Zaključak
 

Nesumnjivo, s daljnjim razvojem srodnih istraživanja u budućnosti, razvoj i primjena litijumskih baterija u svijetu otvorit će širu perspektivu, što će promovirati energetsku reformu i inovacije ljudskog društva, te dati novi zamah u održivi razvoj. privrede i društva i jačanje zaštite životne sredine.Kao vodeća auto kompanija u industriji, Tesla je poput soma.Dok stimuliše razvoj novih energetskih vozila, takođe preuzima vodeću ulogu u izazovu tržišnog okruženja litijumskih baterija.

Zeng Yuqun je jednom otkrio unutrašnju priču o svom savezu s Teslom: Musk je cijeli dan pričao o cijeni.Implikacija je da Tesla snižava cijenu baterija.Međutim, treba napomenuti da u procesu navale Tesle i Ningde ere na kineskom tržištu, i vozilo i baterija ne bi trebali zanemariti problem kvalitete zbog cijene.Jednom kada se to dogodi, izvorna domaća serija dobronamjernih politika bit će značajno smanjena.

Osim toga, postoji sumorna realnost.Iako Kina dominira tržištem litijumskih baterija, najvažnije tehnologije i patenti litijum-gvozdenog fosfata i ternarnih materijala nisu u rukama Kineza.U poređenju sa Japanom, Kina ima veliki jaz u ljudskim i kapitalnim investicijama u istraživanje i razvoj litijumskih baterija.Time se ističe značaj bazičnih naučnih istraživanja, koja zavise od dugoročne istrajnosti i ulaganja države, naučnoistraživačkih institucija i preduzeća.

Trenutno se litijumske baterije kreću prema trećoj generaciji nakon prethodne dvije generacije litijum-kobalt oksida, litijum-gvozdenog fosfata i litijum ternarnog.Kako su osnovne tehnologije i patente prve dvije generacije podijelile strane kompanije, Kina nema dovoljno ključnih prednosti, ali bi mogla preokrenuti situaciju u sljedećoj generaciji ranim rasporedom.S obzirom na industrijski razvojni put bazičnog istraživanja i razvoja, istraživanja primjene i razvoja proizvoda baterijskih materijala, trebali bismo biti spremni za dugoročni rat.

Treba napomenuti da se razvoj i primjena litijumskih baterija u Kini još uvijek suočavaju s mnogim izazovima.Na primjer, u stvarnoj upotrebi litijumskih baterija novih energetskih vozila, još uvijek postoje neki problemi, kao što su niska gustoća energije, loše performanse na niskim temperaturama, dugo vrijeme punjenja, kratak vijek trajanja i tako dalje.

Kina je od 2019. ukinula "bijelu listu" baterija, a strane kompanije poput LG-a i Panasonica vratile su se na kinesko tržište, uz izuzetno brzu ofanzivu rasporeda.Istovremeno, sa sve većim pritiskom na cijenu litijumskih baterija, konkurencija na domaćem tržištu postaje sve intenzivnija.Ovo će primorati relevantna preduzeća da osvoje prednost u punoj konkurenciji sa većim performansama troškova proizvoda i bržom sposobnošću tržišne reakcije, kako bi se promovirala nadogradnja i kontinuirani rast kineske industrije litijumskih baterija.


Vrijeme objave: Mar-16-2021
Tražite li više informacija o DET Power profesionalnim proizvodima i rješenjima za napajanje?Imamo stručni tim spreman da vam uvijek pomogne.Molimo Vas da popunite formular i naš prodajni predstavnik će Vas uskoro kontaktirati.