battery factoryban

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

21. aprilli 2014. aasta hommikul langes Pekingis Qiaofu Fangcaos eralennukiga langevarjuhüppega muskus ja läks esimeseks peatuseks Hiina teaduse ja tehnoloogia ministeeriumi, et uurida Tesla Hiinasse sisenemise tulevikku. Teaduse ja tehnika ministeerium on alati Teslat julgustanud, kuid seekord sulges muskus ukse ja sai järgmise vastuse: Hiina kaalub elektrisõidukite maksureformi. Enne reformi lõpuleviimist peavad mudelid s maksma endiselt 25% tariifi nagu traditsioonilised kütusega sõidukid.

Nii et musk plaanib geek Parki uuendajate tippkohtumise kaudu "karjuda". Zhongshani kontserdisaali peasaalis on laval istunud Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming ja teised. Ja muskus ootas lava taga, võttis oma mobiiltelefoni välja ja säutsus. Kui muusika kõlas, astus ta hõiskamise ja aplausiga lavale. Kuid Ameerika Ühendriikidesse tagasi tulles säutsus ta Twitteris ja kaebas: "Hiinas oleme nagu roomav beebi."

Sellest ajast peale on Tesla mitu korda olnud pankroti äärel, kuna turg on üldiselt langev ja düstookiaprobleem on viinud pooleaastase kliendikogumise tsüklini. Selle tagajärjel varises muskus kokku ja suitsetas isegi otse marihuaanat, magades iga päev California tehases, et jälgida progressi. Parim viis võimsusprobleemi lahendamiseks on ehitada Hiinasse supertehaseid. Selleks nuttis muskus Hongkongis peetud kõnes: Hiina klientide jaoks õppis ta isegi wechatit kasutama.

 

Aeg lendab. 7. jaanuaril 2020 tuli muskus taas Shanghaisse ja toimetas Tesla Shanghai Super tehases Hiina autoomanikele esimese partii kodumaiseid mudeli 3 võtmeid. Tema esimesed sõnad olid: Tänan Hiina valitsust. Tal oli kohapeal ka seljahõõrumistants. Sellest ajast peale on kodumaise mudeli 3 järsu hinnaalanduse tõttu paljud tööstuses ja väljaspool seda õudusega öelnud: Hiina uute energiasõidukite lõpp on saabumas.

Kuid viimase aasta jooksul on Tesla kogenud ulatuslikke ümberminekuid, sealhulgas patareide isesüttimine, mootori kontrolli alt väljumine, katuseakna lendamine jne. Ja Tesla suhtumine on muutunud "mõistlikuks" või üleolevaks. Viimasel ajal on uute autode elektrikatkestuse tõttu keskmeedia kritiseerinud Teslat. Suhteliselt öeldes on Tesla akude kokkutõmbumise probleem väga levinud - autoomanikud Internetis hääletavad ka üksteise järel.

Seda arvesse võttes astusid ametisse riigiorganid. Hiljuti küsitlesid turujärelevalve peavalitsus ja teised viis osakonda Teslat, mis hõlmas peamiselt selliseid probleeme nagu ebanormaalne kiirendus, akude tulekahju, kaugsõidukite uuendamine jne. Nagu me kõik teame, kasutatakse kodumaiseid liitiumraudfosfaatpatareisid kodumaises mudelis 3 .

Kui oluline on liitiumaku? Tööstusarengule tagasi vaadates, kas Hiina mõistab põhitehnoloogiat? Kuidas edu saavutada?

 

1 / Aegade oluline tööriist

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

20. sajandil lõi inimkond rohkem rikkust kui eelmise 2000 aasta summa. Nende hulgas võib teadust ja tehnikat pidada otsustavaks jõuks globaalse tsivilisatsiooni ja majandusarengu edendamisel. Viimase saja aasta jooksul on inimeste loodud teaduslikud ja tehnoloogilised leiutised sama säravad kui tähed ning neist kahel on ajaloolises protsessis ulatuslik mõju. Esimene on transistorid, ilma milleta poleks arvuteid; teine ​​on liitiumioonakud, ilma milleta poleks maailma mõeldagi。

Tänapäeval on liitiumakusid igal aastal kasutatud miljardites mobiiltelefonides, sülearvutites ja muudes elektroonikaseadmetes, samuti miljonites uutes energiasõidukites ja isegi kõigis maa peal kaasaskantavates seadmetes, mis vajavad laadimist. Lisaks on uue energiasõidukite revolutsiooni tulekul ja mobiilsete seadmete loomisel liitiumpatareide tööstusel helge tulevik. Näiteks ainuüksi liitiumpatarei elementide aastane väljundväärtus on jõudnud 200 miljardi jüaanini ja tulevik on kohe käes.

Ka maailma eri riikide sõnastatud plaanid ja ajakavad tulevaste kütusesõidukite likvideerimiseks on “kirsiks tordil”. Varaseim neist on Norra aastal 2025 ning Ameerika Ühendriigid, Jaapan ja paljud Euroopa riigid umbes 2035. Hiinal pole selget ajaplaani. Kui tulevikus uut tehnoloogiat pole, jätkab liitiumpatareide tööstus aastakümneid õitsemist. Võib öelda, et kellel on liitiumaku põhitehnoloogia, tähendab see, et valduses on domineeriv skepter.

 

 Lääne-Euroopa riigid seadsid kütusega sõidukite järkjärgulise kaotamise ajakava 

Aastate jooksul on Euroopa ja Ameerika Ühendriigid, Hiina, Jaapan ja Lõuna-Korea käivitanud liitiumpatareide valdkonnas ägeda konkurentsi ja isegi kakelnud, kaasates paljud kuulsad teadlased, paljud tipptasemel ülikoolid ja teadusasutused, samuti hiiglased ja pealinnakonsortsiumid. nafta-, keemia-, auto-, teadus- ja tehnoloogiatööstus. Kes oleks võinud arvata, et ülemaailmse liitiumpatareitööstuse arengutee on sama mis pooljuhtidel: see sai alguse Euroopast ja Ameerika Ühendriikidest, tugevam kui Jaapan ja Lõuna-Korea ning lõpuks domineeris Hiina.

1970. ja 1980. aastatel hakati liitiumpatareide tehnoloogiat kasutama Euroopas ja Ameerikas. Hiljem leiutasid ameeriklased järjest liitium-koobaltoksiidi, liitium-mangaanoksiidi ja liitium-raudfosfaatpatareisid, mis võtsid tööstuse juhtpositsiooni. 1991. aastal industrialiseeris Jaapan esimesena liitiumioonakuid, kuid seejärel jätkus turu kahanemine. Lõuna-Korea seevastu loodab riigile, et ta seda edasi suruda. Samal ajal on Hiina valitsuse tugeva toetuse abil teinud liitiumpatareitööstuse samm-sammult esimeseks maailmas.

Liitiumpatareitööstuse arengus on Euroopa, Ameerika ja Jaapan mänginud olulist rolli tehnoloogia edendamisel. 2019. aastal anti Nobeli keemiaauhind Ameerika teadlastele John goodinafile, Stanley whitinghamile ja jaapani teadlasele Yoshinole, tunnustades nende panust liitiumioonakude uurimisse ja arendamisse. Kuna Nobeli preemia on võitnud Ameerika Ühendriikide ja Jaapani teadlased, kas Hiina võib liitiumpatareide põhitehnoloogias juhtpositsiooni võtta?

 

2 / Liitiumaku patarei 

Ülemaailmse liitiumpatareide tehnoloogia arengul on pikk tee jälgida. 1970. aastate alguses asutas Exxon vastuseks naftakriisile New Jerseys uurimislabori, mis meelitas kohale hulgaliselt füüsika ja keemia tipptalente, sealhulgas Stanfordi ülikooli tahkeelektrokeemia järeldoktor Stanley Whitingham. Selle eesmärk on rekonstrueerida uus energialahendus, st töötada välja uue põlvkonna laetavad patareid.

Samal ajal on Bell Labs loonud Stanfordi ülikooli keemikute ja füüsikute meeskonna. Mõlemad pooled on järgmise põlvkonna patareide uurimis- ja arendustegevuses käivitanud äärmiselt ägeda konkurentsi. Isegi kui uuring on seotud, pole „raha probleem.” Pärast peaaegu viieaastast ülimalt konfidentsiaalset uurimistööd töötas Whitingham ja tema meeskond esmakordselt välja maailma esimese laetava liitiumioonaku.

See liitiumaku kasutab katoodimaterjalina loovalt titaansulfiidi ja anoodmaterjalina liitiumit. Selle eelised on kerge kaal, suur maht ja mäluefekti puudumine. Samal ajal loobub see eelmise aku puudustest, mida võib öelda kvalitatiivse hüppena. 1976. aastal taotles Exxon maailma esimest liitiumpatareide leiutise patenti, kuid ei saanud tööstusest kasu. Kuid see ei mõjuta Whitinghami mainet „liitiumisaadana“ ega tema staatust maailmas.

Kuigi Whitinghami leiutis inspireeris seda tööstust, tekitas aku laadimise põlemine ja sisemine purustamine meeskonda, sealhulgas gudinafi, palju probleeme. Seetõttu jätkas ta koos kahe järeldoktori assistendiga perioodilise tabeli süstemaatilist uurimist. 1980. aastal otsustasid nad lõpuks, et parim materjal on koobalt. Liitium-koobaltoksiid, mida saab kasutada liitiumioonakude katoodina, on sel ajal teistest materjalidest palju parem ja hõivas turu kiiresti.

Sellest ajast alates on inimese akutehnoloogia teinud olulise sammu edasi. Mis juhtuks ilma liitiumkobaltiidita? Ühesõnaga, miks oli “suur mobiiltelefon” nii suur ja raske? Sellepärast, et pole liitiumkoobaltakut. Ehkki liitium-koobaltoksiidakul on palju eeliseid, on selle puudused paljastatud pärast ulatuslikku kasutamist, sealhulgas kõrge hind, halb ülelaadimistakistus ja tsükli jõudlus ning tõsine jäätmete saastamine.

Nii jätkas goodinav ja tema õpilane Mike Thackeray paremate materjalide otsimist. 1982. aastal leiutas Thackeray teedrajava liitium-manganaadi patarei. Kuid varsti hüppas ta liitiumpatareisid uurima Argonne'i riiklikku laborisse (ANL). Goodinaf ja tema meeskond otsivad jätkuvalt alternatiivseid materjale, vähendades loetelu raua ja fosfori kombinatsiooniks, vahetades perioodiliselt korrapäraselt metalle süstemaatiliselt.

Lõpuks ei moodustanud raud ja fosfor konfiguratsiooni, mida meeskond soovis, kuid nad moodustasid teise struktuuri: pärast licoo3 ja LiMn2O4 sündis ametlikult liitiumioonakude kolmas katoodimaterjal: LiFePO4. Seetõttu sündisid dinafi laboris iidsetest aegadest kõik kolm kõige olulisemat liitiumioonaku positiivset elektroodi. Sellest on saanud ka liitiumpatareide häll maailmas, kus sündisid kaks ülalmainitud Nobeli preemia keemikut.

1996. aastal taotles Texase ülikool goodinafi labori nimel patenti. See on esimene LiFePO4 aku põhipatent. Sellest ajast alates on meeskonnaga liitunud prantsuse liitiumiteadlane Michelle Armand, kes taotles koos dinafiga LiFePO4 süsinikkatte tehnoloogia patenti, saades LiFePO4 teiseks põhipatendiks. Need kaks patenti on põhipatendid, millest ei saa mingil juhul mööda minna.

 

3 / Tehnosiire

Tehnoloogia rakenduse arendamisega on liitium-koobaltoksiidi aku negatiivse elektroodi puhul vaja lahendada pakiline probleem, mistõttu seda pole kiiresti industrialiseeritud. Sel ajal kasutati liitiumpatareide anoodmaterjalina liitiummetalli. Ehkki see võib pakkuda üsna suurt energiatihedust, oli palju probleeme, sealhulgas anoodmaterjali järkjärguline pulbristamine ja aktiivsuse kadumine ning liitiumdendriitide kasv võis diafragma läbi torgata, mille tulemuseks oli lühis või isegi põlemine ja plahvatus. aku.

Kui probleem oli väga keeruline, ilmusid jaapanlased. Sony on liitiumpatareisid arendanud pikka aega ja pööranud suurt tähelepanu ülemaailmsetele arengutele. Selle kohta, millal ja kus saadi liitiumkobaltiidi tehnoloogia, puudub teave. 1991. aastal lasi Sony välja inimkonna ajaloos esimese kaubandusliku liitiumioonaku, ja pani uusimasse ccd-tr1 kaamerasse mitu silindrikujulist liitium-koobaltoksiidi akut. Sellest ajast alates on maailma olmeelektroonika nägu ümber kirjutatud. 

Selle olulise otsuse tegi Yoshino. Ta oli teerajajaks liitiumpatarei anoodina liitium asemel süsiniku (grafiidi) kasutamisel liitiumkoobaltoksiidi katoodiga. See parandab põhimõtteliselt liitiumpatarei mahtu ja tsükliiga ning vähendab kulusid, mis on viimane jõud liitiumpatareide industrialiseerimiseks. Sellest ajast alates on Hiina ja Korea ettevõtted valanud liitiumpatareide tööstuse lainet ning sel ajal loodi uus energiatehnoloogia (ATL).

Tehnoloogia varguse tõttu on Texase ülikooli ja mõnede ettevõtete algatatud õiguste liit käinud mõõkadega üle kogu maailma, mille tulemuseks on paljude riikide ja ettevõtete osalemine patendis. Kui inimesed arvavad endiselt, et LiFePO4 on kõige sobivam toiteaku, on Kanadas laboris vaikselt sündinud uus katoodimaterjalide süsteem, mis ühendab liitiumniobaadi, liitiumkoobalti ja liitiummangaani eelised.

2001. aasta aprillis leiutas dalhousi ülikooli füüsikaprofessor ja 3M grupi Kanada teadlane Jeff Dann suuremahulise kaubandusliku nikkelkoobaltmangaani kolmekomponendilise katoodmaterjali, mis soodustas liitiumaku läbilöömist turule sisenemise viimasest etapist . Selle aasta 27. aprillil taotles 3M USA-lt patendi saamist, mis on kolmekomponentsete materjalide põhipatent. See tähendab, et nii kaua kui kolmekordses süsteemis, ei saa keegi ringi liikuda.

Peaaegu samal ajal pakkus Argonne'i riiklik labor (ANL) esmakordselt välja rikkaliku liitiumide kontseptsiooni ja leiutas selle põhjal kolmekordsete kolmekihiliste liitiumirikaste ja kõrge mangaaniga materjalide ning taotles 2004. aastal edukalt patenti. Ja selle eest vastutav isik see tehnoloogia areng on thackerel, kes leiutas liitiummanganaadi. Kuni 2012. aastani hakkas Tesla järkjärgulise tõusu hoogu murdma. 3M liitiumpatareide teadus- ja arendusosakonnast inimeste värbamiseks pakkus Musk mitu korda suurt palka.

Kasutades seda võimalust, lükkas 3M paati mööda voolu, võttis vastu strateegia „inimesed lähevad, kuid patendiõigused jäävad alles“, hajutas patareide osakonna täielikult ning teenis suuremat kasumit patentide eksportimise ja tehnilise koostöö kaudu. Patendid anti paljudele Jaapani ja Korea liitiumpatareiettevõtetele nagu Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F ja SK, samuti katoodimaterjalidele nagu Shanshan, Hunan Ruixiang ja Beida Xianxian Hiinas. kokku üle kümne ettevõtte.

Anli patendid antakse ainult kolmele ettevõttele: Saksamaa keemiatööstuse hiiglane BASF, Jaapani katoodimaterjalitehas Toyoda Industries ja Lõuna-Korea ettevõte LG. Hiljem moodustati kolmekomponentsete materjalide põhilise patendikonkursi ümber kaks tööstuse ülikoolide tippliitu. See on praktiliselt kujundanud läänes, Jaapanis ja Lõuna-Koreas asuvate liitiumpatareiettevõtete "kaasasündinud" tehnoloogilist tugevust, samas kui Hiina pole sellest palju juurde saanud.

 

4 / Hiina ettevõtete kasv

Kuna Hiina pole põhitehnoloogiat valdanud, kuidas see olukorra murti? Hiina liitiumpatareide uurimine ei ole liiga hilja, peaaegu kogu maailmaga sünkroniseeritud. 1970. aastate lõpus asutas Hiina Teaduste Akadeemia akadeemiku Chen Liquani soovitusel Saksamaal Hiina Teaduste Akadeemia füüsika instituut Hiinas esimese tahkise ioonilabori ja alustas liitium- ioonjuhid ja liitiumpatareid. 1995. aastal sündis Hiina Teaduste Akadeemia füüsika instituudis Hiina esimene liitiumpatarei.

Samal ajal on tänu tarbeelektroonika tõusule 1990. aastatel tõusnud Hiina liitiumpatareid ja tõusnud neli hiiglast, nimelt Lishen, BYD, Bick ja ATL. Ehkki Jaapan juhtis tööstuse arengut, müüs ellujäämisdilemma tõttu Sanyo Electric Panasonicule ja Sony oma liitiumpatareide äri Murata tootmisele. Tihedas konkurentsis turul on Hiinas "neli suuremat" ainult BYD ja ATL.

2011. aastal blokeeris Hiina valitsuse subsiidiumide „valge nimekiri“ välisrahastatud ettevõtteid. Pärast Jaapani kapitali omandamist muutus ATLi identiteet aegunuks. Nii plaanis ATL-i asutaja Zeng Yuqun muuta toitepatareide äri iseseisvaks, lasta Hiina kapitalil selles osaleda ja lahjendada emaettevõtte TDK aktsiaid, kuid ta ei saanud heakskiitu. Niisiis asutas Zeng Yuqun Ningde ajastu (catl) ja tegi algse tehnoloogia kogunemisel edusamme ning temast sai must hobune.

Tehnoloogia osas valib BYD ohutu ja kulutõhusa liitiumraudfosfaatpatarei, mis erineb Ningde ajastu suure energiatihedusega kolmekordsest liitiumpatareist. See on seotud BYD ärimudeliga. Ettevõtte asutaja Wang Chuanfu toetab "roo lõpuni söömist". Peale klaasi ja rehvide toodavad ja müüvad peaaegu kõik ülejäänud autoosad ise ning konkureerivad seejärel hinnaeelisega välismaailmaga. Sellest lähtuvalt on BYD olnud pikka aega koduturul kindlalt teisel kohal.

Kuid BYD eeliseks on ka nõrkus: see valmistab akusid ja müüb autosid, mis sunnib teisi autotootjaid loomulikult umbusaldama ja eelistavad anda tellimusi pigem konkurentidele kui endale. Näiteks valib Tesla, ehkki BYD-i LiFePO4 akutehnoloogia on rohkem kogunenud, valides ikkagi sama tehnoloogia nagu Ningde ajastul. Olukorra muutmiseks kavatseb BYD eraldada toitepatarei ja käivitada “teraaku”.

Reformist ja avanemisest saadik on liitiumpatarei üks väheseid valdkondi, mis arenenud riikidele järele jõuab. Põhjused on järgmised: esiteks omistab riik strateegilisele kaitsele suurt tähtsust; teiseks pole hilja alustada; kolmandaks on siseturg piisavalt suur; neljandaks teeb rühm pürgivaid tehnilisi eksperte ja ettevõtjaid läbimurde nimel koostööd. Kuid kui suumime, nagu ka Ningde ajastu nimi, kujundavad Ningde ajastu Hiina majandussaavutused ja elektrisõidukite ajastu.

Tänapäeval ei jää Hiina anoodimaterjalide ja elektrolüütide uurimisel arenenud riikidest maha, kuid siiski on mõned puudused, näiteks liitiumpatareide eraldaja, energia tihedus ja nii edasi. Ilmselgelt on lääne, Jaapani ja Lõuna-Korea tehnoloogia akumuleerimisel siiski mõned eelised. Näiteks on Ningde ajad globaalsel akuturul juba mitu aastat esikohal, kuid kodumaiste ja välismaiste tööstuste uurimisaruannetes on endiselt Panasonic ja LG esikohal, Ningde ajad ja BYD on teisel kohal.

 

5 / Järeldus
 

Kahtlemata toob liitiumpatareide väljatöötamine ja rakendamine maailmas kahtlemata kaasa laiema väljavaate, mis edendab inimühiskonna energiareformi ja innovatsiooni ning annab jätkusuutlikule arengule uut hoogu. majanduse ja ühiskonna tugevdamine ning keskkonnakaitse tugevdamine. Valdkonna juhtiva autoettevõttena on Tesla nagu säga. Ehkki see stimuleerib uute energiasõidukite arengut, on see juhtpositsioonil ka liitiumpatareide turukeskkonna väljakutsel.

Zeng Yuqun avalikustas kunagi oma Teslaga sõlmitud liidu sisemise loo: muskus on terve päeva rääkinud kuludest. Sellest järeldub, et Tesla lükkab alla akude maksumuse. Siiski tuleb märkida, et nii Tesla kui ka Ningde ajastu Hiina turul kiirustamise ajal ei tohiks nii sõiduk kui ka aku kulude tõttu kvaliteediprobleemi ignoreerida. Kui see nii on, väheneb algse siseriikliku hea kavatsusega poliitika tähtsus oluliselt.

Lisaks on olemas sünge reaalsus. Ehkki liitiumpatareide turul domineerib Hiina, ei ole liitium-raudfosfaadi ja kolmekomponentsete materjalide põhilised tehnoloogiad ja patendid hiinlaste käes. Jaapaniga võrreldes on Hiinas liitiumpatareide uurimis- ja arendustegevuses suur inim- ja kapitaliinvesteeringute vahe. See toob esile teaduse alusuuringute olulisuse, mis sõltub riigi, teadusuuringute asutuste ja ettevõtete pikaajalisest püsimisest ja investeeringutest.

Praegu liiguvad liitiumpatareid pärast eelmist kahte põlvkonda liitiumkoobaltoksiidi, liitiumraudfosfaati ja kolmekomponendilist liitiumit kolmanda põlvkonna poole. Kuna kahe esimese põlvkonna põhitehnoloogiad ja patendid on välisettevõtete poolt jagatud, pole Hiinal piisavalt põhilisi eeliseid, kuid see võib olla võimeline järgmise põlvkonna olukorra varajase paigutuse abil ümber pöörama. Pidades silmas alusuuringute ja -arenduse, rakendusuuringute ja akumaterjalide tootearenduse tööstuse arenguteed, peaksime olema valmis pikaajaliseks sõjaks.

Tuleb märkida, et liitiumpatareide väljatöötamine ja rakendamine Hiinas seisab endiselt silmitsi paljude väljakutsetega. Näiteks liitiumpatarei uute energiasõidukite tegelikul kasutamisel on endiselt probleeme, näiteks madal energiatihedus, halb madala temperatuuriga jõudlus, pikk laadimisaeg, lühike kasutusiga ja nii edasi.

Alates 2019. aastast on Hiina tühistanud patareide “valge nimekirja” ning välisettevõtted, nagu LG ja Panasonic, on naasnud Hiina turule ülimalt kiire paigutusega solvavalt. Samal ajal on liitiumpatareide maksumuse suureneva surve tõttu konkurents siseturul teravam. See sunnib asjaomaseid ettevõtteid võitma eelise täielikus konkurentsis kõrgema tootekulude ja kiirema turu reageerimisvõimega, et soodustada Hiina liitiumpatareitööstuse ajakohastamist ja pidevat kasvu.


Postituse aeg: 16.-20.2021
Kas otsite lisateavet DET Poweri professionaalsete toodete ja toitelahenduste kohta? Meil on ekspertide meeskond, kes on valmis teid alati aitama. Palun täitke vorm ja meie müügiesindaja võtab teiega varsti ühendust.