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

2014 년 4 월 21 일 아침, 사향은 베이징 Qiaofu Fangcao에서 개인 비행기로 낙하산을 탔고, Tesla의 중국 입국을위한 미래를 탐험하기 위해 중국 과학 기술부로 향했습니다. 과학 기술부는 항상 테슬라를 격려해 왔지만 이번에는 사향이 문을 닫고 다음과 같은 답변을 받았다. 중국은 전기 자동차의 세제 개혁을 고려하고있다. 개혁이 완료되기 전에 모델 s는 여전히 기존 연료 차량과 같이 25 %의 관세를 지불해야합니다.

그래서 머스크는 괴짜 Park innovators Summit을 통해“소리 칠”계획입니다. 중산 콘서트 홀의 본당에서는 양원 칭, 저우 홍이, 장이 밍 등이 무대에 앉았다. 그리고 머스크는 무대 뒤에서 기다렸다가 휴대 전화를 꺼내 트위터에 올렸다. 음악이 울리자 그는 환호와 박수를 보내며 무대로 걸어 갔다. 그러나 그가 미국으로 돌아 왔을 때 그는 트위터에“중국에서 우리는 기어 다니는 아기와 같다”고 불평했다.

그 이후로 Tesla는 시장이 일반적으로 약세이고 난산 문제로 인해 고객 수금주기가 반년에 이르렀 기 때문에 여러 차례 파산 직전에있었습니다. 그 결과 사향이 무너졌고 심지어 마리화나를 피우면서 매일 캘리포니아 공장에서 자고 진행 상황을 모니터링했습니다. 용량 문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 중국에 슈퍼 공장을 건설하는 것입니다. 이를 위해 머스크는 홍콩 연설에서 외쳤습니다. 중국 고객에게는 위챗을 사용하는 방법까지 배웠습니다.

 

시간은 흐른다. 2020 년 1 월 7 일, 머스크는 다시 상하이에 와서 Tesla Shanghai Super 공장의 중국 자동차 소유자에게 국내 모델 3 키의 첫 번째 배치를 전달했습니다. 그의 첫 번째 말은 : 중국 정부에 감사합니다. 그는 또한 그 자리에서 등 문질러 춤을 췄다. 그 이후로 국내 모델 3의 급격한 가격 인하로 업계 안팎의 많은 사람들이 공포에 떨면서 중국의 새로운 에너지 차량의 종말이 다가오고 있습니다.

그러나 작년에 Tesla는 배터리 자발 연소, 엔진 제어 불능, 천창이 날아가는 등 대규모 전복 사고를 경험했습니다. Tesla의 태도는 "합리적"이거나 거만 해졌습니다. 최근 신차의 정전으로 인해 테슬라는 중앙 언론의 비판을 받고 있습니다. 상대적으로 말하면, 테슬라 배터리 수축 문제는 인터넷에서 자동차 소유자가 차례로 목소리를 비난하는 매우 일반적입니다.

이를 고려하여 국가 기관은 공식적으로 조치를 취했습니다. 최근 시장 감독 총국과 기타 5 개 부서에서 비정상 가속, 배터리 화재, 원격 차량 업그레이드 등과 같은 문제를 주로 다루는 Tesla를 인터뷰했습니다. 우리 모두 알고 있듯이 국내산 리튬 인산 철 배터리는 기본적으로 국내 모델 3에 사용됩니다. .

리튬 배터리는 얼마나 중요합니까? 산업 발전의 과정을 되돌아 보면 중국은 정말로 핵심 기술을 파악하고 있습니까? 성공하는 방법?

 

1 / 시대의 중요한 도구

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

20 세기에 인류는 지난 2000 년을 합친 것보다 더 많은 부를 창출했습니다. 그 중에서 과학과 기술은 세계 문명과 경제 발전을 촉진하는 결정적인 힘으로 볼 수 있습니다. 지난 100 년 동안 인간이 창조 한 과학 기술 발명은 별만큼 훌륭했고, 그 중 2 개는 역사적 과정에 광범위한 영향을 미친 것으로 인정 받고 있습니다. 첫 번째는 컴퓨터가없는 트랜지스터입니다. 두 번째는 리튬 이온 배터리입니다.이 배터리 없이는 세상이 상상할 수 없습니다。

오늘날 리튬 배터리는 매년 수십억 개의 휴대폰, 노트북 및 기타 전자 제품뿐만 아니라 수백만 개의 새로운 에너지 차량, 심지어 충전이 필요한 지구상의 모든 휴대용 장치에 사용되었습니다. 또한 새로운 에너지 자동차 혁명의 도래와 더 많은 모바일 장치의 생성으로 리튬 배터리 산업은 밝은 미래를 가질 것입니다. 예를 들어, 리튬 배터리 셀의 연간 생산량 만 2,000 억 위안에 도달했으며 미래가 곧 다가 왔습니다.

세계 여러 나라에서 공식화 한 연료 차량의 향후 제거 계획과 일정도“결코 결정적”일 것입니다. 가장 빠른 국가는 2025 년 노르웨이, 미국, 일본 및 2035 년경 많은 유럽 국가입니다. 중국은 명확한 시간 계획이 없습니다. 미래에 새로운 기술이 없다면 리튬 배터리 산업은 수십 년 동안 계속 번창 할 것입니다. 리튬 배터리의 핵심 기술을 소유 한 사람은 업계를 장악 할 홀이 있다는 의미라고 할 수있다.

 

 서유럽 국가들은 연료 차량을 단계적으로 폐지하기위한 시간표를 설정했습니다 

수년에 걸쳐 유럽과 미국, 중국, 일본 및 한국은 리튬 배터리 분야에서 치열한 경쟁을 시작했으며 많은 유명 과학자, 많은 최고의 대학 및 연구 기관, 거인 및 자본 컨소시엄이 참여했습니다. 석유, 화학, 자동차, 과학 및 기술 산업. 글로벌 리튬 배터리 산업의 발전 경로가 반도체와 같다고 생각했을 것입니다. 유럽과 미국에서 시작되어 일본과 한국보다 강하고 마침내 중국이 지배하게되었습니다.

1970 년대와 1980 년대에 리튬 배터리 기술이 유럽과 미국에 등장했습니다. 나중에 미국인들은 리튬 코발트 산화물, 리튬 망간 산화물 및 리튬 철 인산염 배터리를 연속적으로 발명하여 업계를 주도했습니다. 1991 년 일본은 리튬 이온 배터리를 처음으로 산업화했지만 시장은 계속 축소되었습니다. 반면 한국은이를 추진하기 위해 국가에 의존하고있다. 동시에 중국은 정부의 강력한 지원으로 리튬 배터리 산업을 세계 최초로 단계적으로 만들었습니다.

리튬 배터리 산업의 발전에서 유럽, 미국 및 일본은 기술 홍보에 중요한 역할을했습니다. 2019 년에는 리튬 이온 배터리의 연구 개발에 기여한 공로를 인정 받아 미국 과학자 존 구디 나프, 스탠리 휘팅 엄, 일본 과학자 요시노에게 노벨 화학상이 수여되었습니다. 미국과 일본의 과학자들이 노벨상을 수상했기 때문에 중국이 정말로 리튬 배터리의 핵심 기술을 주도 할 수 있을까요?

 

2 / 리튬 배터리의 요람 

글로벌 리튬 배터리 기술의 발전은 앞으로 갈 길이 멀다. 1970 년대 초, 석유 위기에 대응하여 Exxon은 뉴저지에 연구소를 설립하여 Stanford University의 고체 전기 화학 박사 후 연구원 인 Stanley Whitingham을 포함하여 물리학 및 화학 분야의 최고 인재를 많이 유치했습니다. 그 목표는 새로운 에너지 솔루션을 재구성하는 것입니다. 즉, 새로운 세대의 충전식 배터리를 개발하는 것입니다.

동시에 Bell Labs는 Stanford University의 화학자 및 물리학 자 팀을 구성했습니다. 양측은 차세대 배터리 연구 개발에서 극도로 치열한 경쟁을 시작했습니다. 연구가 관련 되더라도“돈은 문제가되지 않는다”. 거의 5 년에 걸친 기밀 연구 끝에 Whitingham과 그의 팀은 처음으로 세계 최초의 충전식 리튬 이온 배터리를 개발했습니다.

이 리튬 배터리는 양극 재료로 티타늄 황화물을, 음극 재료로 리튬을 창의적으로 사용합니다. 경량, 대용량 및 메모리 효과가 없다는 장점이 있습니다. 동시에, 그것은 질적 도약이라고 말할 수있는 이전 배터리의 단점을 버립니다. 1976 년 엑손은 세계 최초의 리튬 배터리 발명 특허를 신청했지만 산업화의 혜택을받지 못했습니다. 그러나 이것은 "리튬의 아버지"로서의 휘팅 엄의 명성과 세계에서의 그의 지위에 영향을 미치지 않습니다.

휘팅 엄의 발명품이 업계에 영감을 주었지만 배터리 충전 연소 및 내부 분쇄는 gudinaf를 포함하여 팀을 크게 괴롭 혔습니다. 따라서 그와 두 명의 박사후 조교는 주기율표를 체계적으로 탐색했습니다. 1980 년에 그들은 마침내 최고의 재료가 코발트라고 결정했습니다. 리튬 이온 배터리의 음극으로 사용될 수있는 리튬 코발트 산화물은 당시 다른 어떤 소재보다 훨씬 뛰어나며 빠르게 시장을 점령했습니다.

그 이후로 인간 배터리 기술은 상당한 진전을 이루었습니다. 리튬 코발 타이트 없이는 어떻게 될까요? 요컨대,“대형 휴대폰”이 왜 그렇게 크고 무거웠습니까? 리튬 코발트 배터리가 없기 때문입니다. 그러나 리튬 코발트 산화물 배터리는 많은 장점이 있지만 고비용, 열악한 과충전 저항 및 사이클 성능, 심각한 폐기물 오염 등 대규모 적용 후 단점이 드러납니다.

그래서 goodinav와 그의 학생 Mike Thackeray는 더 나은 자료를 계속해서 찾았습니다. 1982 년 Thackeray는 선구적인 망간 산 리튬 배터리를 발명했습니다. 그러나 곧 그는 아르곤 국립 연구소 (ANL)로 뛰어 들어 리튬 배터리를 연구했습니다. 그리고 goodinaf와 그의 팀은 계속해서 대체 물질을 찾고 주기율표의 금속을 다시 한 번 체계적으로 교환함으로써 목록을 철과 인의 조합으로 줄였습니다.

결국 철과 인은 팀이 원하는 구성을 형성하지 못했지만 또 다른 구조를 형성했습니다. licoo3 및 LiMn2O4 이후 리튬 이온 배터리의 세 번째 양극 재료 인 LiFePO4가 공식적으로 탄생했습니다. 따라서 가장 중요한 세 가지 리튬 이온 배터리 양극은 모두 고대부터 dinaf의 실험실에서 태어났습니다. 또한 위에서 언급 한 두 명의 노벨상 화학자들의 탄생과 함께 전 세계 리튬 배터리의 요람이되었습니다.

1996 년 텍사스 대학교는 goodinaf의 실험실을 대신하여 특허를 신청했습니다. 이것은 LiFePO4 배터리의 첫 번째 기본 특허입니다. 그 이후로 프랑스 리튬 과학자 인 Michelle Armand가 팀에 합류하여 dinaf와 함께 LiFePO4 탄소 코팅 기술 특허를 신청하여 LiFePO4의 두 번째 기본 특허가되었습니다. 이 두 특허는 어떤 경우에도 우회 할 수없는 핵심 특허입니다.

 

3 / 기술 이전

기술 응용의 발달에 따라 리튬 코발트 산화물 전지의 음극에서 해결해야 할 시급한 문제가있어 빠르게 산업화되지 못하고있다. 당시 리튬 전지의 음극 소재로는 리튬 메탈이 사용되었습니다. 상당히 높은 에너지 밀도를 제공 할 수 있지만 양극 재료의 점진적인 분말 화 및 활성 손실을 포함하여 많은 문제가 있었고 리튬 덴 드라이트의 성장이 다이어프램을 관통하여 단락 또는 심지어 연소 및 폭발을 일으킬 수 있습니다. 배터리.

문제가 매우 어려웠을 때 일본인이 나타났습니다. 소니는 오랫동안 리튬 배터리를 개발해 왔으며 글로벌 개발에 세심한 관심을 기울였습니다. 그러나 리튬 코발 타이트 기술이 언제 어디서 획득되었는지에 대한 정보는 없습니다. 1991 년 소니는 인류 역사상 최초의 상용 리튬 이온 배터리를 출시했으며 최신 ccd-tr1 카메라에 여러 개의 리튬 코발트 산화물 원통형 배터리를 넣었습니다. 그 이후로 전 세계 가전 제품의 얼굴이 다시 작성되었습니다. 

이 중요한 결정을 한 것은 요시노였습니다. 그는 리튬 배터리의 양극으로 리튬 대신 탄소 (흑연)의 사용을 개척하고 리튬 코발트 산화물 음극과 결합했습니다. 이는 리튬 배터리의 용량과 수명을 근본적으로 개선하고 리튬 배터리 산업화의 마지막 원동력 인 비용을 절감합니다. 그 이후로 중국과 한국 기업들이 리튬 배터리 산업의 물결에 휩싸 였고, 이때 새로운 에너지 기술 (ATL)이 확립되었습니다.

기술 도난으로 인해 텍사스 대학과 일부 기업이 시작한 '권리 동맹'이 전 세계적으로 검을 휘두르고 있으며, 그 결과 많은 국가와 기업이 특허 분쟁을 벌였습니다. 사람들은 여전히 ​​LiFePO4가 가장 적합한 전원 배터리라고 생각하지만, 캐나다의 한 실험실에서 니오브 산 리튬, 코발트 리튬 및 망간 리튬의 장점을 결합한 새로운 양극 재료 시스템이 조용히 탄생했습니다.

2001 년 4 월, dalhous 대학의 물리학 교수이자 3M 그룹 캐나다의 수석 과학자 인 Jeff Dann은 대규모 상용 니켈 코발트 망간 3 원 복합 양극 재료를 발명하여 리튬 배터리가 시장 진입의 마지막 단계를 돌파하도록 장려했습니다. . 3M은 그해 4 월 27 일 삼원 소재의 기본 핵심 특허 인 특허를 미국에 출원했다. 이것은 삼항 시스템에있는 한 아무도 돌아 다닐 수 없다는 것을 의미합니다.

거의 동시에 아르곤 국립 연구소 (ANL)는 풍부한 리튬의 개념을 처음으로 제안했으며이를 바탕으로 층상 리튬이 풍부한 고 망간 삼원 물질을 발명하고 2004 년에 성공적으로 특허를 신청했습니다. 이 기술 개발은 망간 산 리튬을 발명 한 해커입니다. 2012 년까지 Tesla는 점진적인 상승세를 시작했습니다. 머스크는 3M의 리튬 배터리 R & D 부서 직원을 모집하기 위해 몇 배의 높은 급여를 제공했습니다.

이를 계기로 쓰리엠은 현재를 따라 배를 밀고“사람은 가지만 특허권은 남는다”는 전략을 채택하고 배터리 부서를 완전히 해체하고 특허 수출과 기술 협력으로 더 높은 수익을 올렸다. 이 특허는 일렉트론, 파나소닉, 히타치, 삼성, LG, L & F, SK와 같은 일본과 한국의 리튬 배터리 기업과 중국의 Shanshan, Hunan Ruixiang, Beida Xianxian과 같은 양극 재에 부여되었습니다. 총 10 개 이상의 기업.

Anl의 특허는 독일의 거대 화학 기업인 BASF, 일본의 양극 재 공장 인 도요다 산업, 한국 기업인 LG의 세 회사에만 부여됩니다. 나중에 삼원 재료의 핵심 특허 경쟁을 중심으로 두 개의 최고의 산업 대학 연구 동맹이 형성되었습니다. 이는 사실상 서양, 일본, 한국의 리튬 배터리 기업의 "선천적"기술력을 형성 한 반면 중국은 그다지 얻지 못했습니다.

 

4 / 중국 기업의 부상

중국이 핵심 기술을 습득하지 못한데 어떻게 상황을 깨 뜨렸을까요? 중국의 리튬 배터리 연구는 너무 늦지 않았으며 전 세계와 거의 동기화되었습니다. 1970 년대 후반, 독일 중국 공학원의 첸 리 취안의 추천에 따라 중국 과학원 물리학 연구소는 중국 최초의 고체 이온 실험실을 설립하고 리튬에 대한 연구를 시작했습니다. 이온 전도체 및 리튬 배터리. 1995 년 중국 최초의 리튬 배터리가 중국 과학원 물리학 연구소에서 탄생했습니다.

동시에 1990 년대 가전 제품의 부상으로 중국의 리튬 배터리가 동시에 상승했으며 Lishen, BYD, bick 및 ATL이라는“4 대 거대 기업”의 등장이있었습니다. 일본이 산업 발전을 주도했지만 생존 딜레마로 인해 산요 일렉트릭은 파나소닉에, 소니는 리튬 배터리 사업을 무라타 생산에 매각했다. 치열한 시장 경쟁에서 BYD와 ATL만이 중국의 "빅 4"입니다.

2011 년 중국 정부의 보조금 '화이트리스트'는 외자 기업을 차단했습니다. 일본 자본에 인수 된 후 ATL의 정체성은 구식이되었습니다. 그래서 ATL의 설립자 인 Zeng Yuqun은 파워 배터리 사업을 독립적으로 만들고 중국 자본이 참여하도록하고 모회사 TDK의 주식을 희석 할 계획 이었으나 승인을받지 못했습니다. 그래서 Zeng Yuqun은 Ningde 시대 (catl)를 설립하고 원천 기술 축적을 발전시켜 흑마가되었습니다.

기술 경로 측면에서 BYD는 안전하고 비용 효율적인 인산 철 리튬 배터리를 선택합니다. 이는 Ningde 시대의 고 에너지 밀도 리튬 삼원 배터리와는 다릅니다. 이것은 BYD의 비즈니스 모델과 관련이 있습니다. 회사 창립자 인 Wang Chuanfu는 "끝까지 지팡이를 먹는 것"을 옹호합니다. 유리와 타이어를 제외하고는 거의 모든 자동차 부품이 자체적으로 생산되고 판매되며 가격 우위를두고 외부 세계와 경쟁합니다. 이를 바탕으로 BYD는 오랫동안 국내 시장에서 2 위 자리를 굳건히 지켜 왔습니다.

그러나 BYD의 장점은 단점이기도합니다. 배터리를 만들고 자동차를 판매하기 때문에 다른 자동차 제조업체는 자연스럽게 불신하고 경쟁사에 주문하는 것을 선호합니다. 예를 들어, Tesla는 BYD의 LiFePO4 배터리 기술이 더 많이 축적되었지만 여전히 Ningde 시대의 동일한 기술을 선택합니다. 상황을 바꾸기 위해 BYD는 파워 배터리를 분리하고 "블레이드 배터리"를 출시 할 계획입니다.

개혁 개방 이후 리튬 전지는 선진국을 따라 잡을 수있는 몇 안되는 분야 중 하나 다. 그 이유는 다음과 같습니다. 첫째, 국가는 전략적 보호를 매우 중요시합니다. 둘째, 시작하기에 너무 늦지 않았습니다. 셋째, 국내 시장이 충분히 크다. 넷째, 야심 찬 기술 전문가와 기업가 그룹이 협력하여 돌파합니다. 하지만 확대하면 닝더 시대의 이름처럼 중국의 경제적 성과이자 닝더 시대를 형성하는 전기 자동차 시대입니다.

현재 중국은 양극 재 및 전해질 연구에서 선진국에 뒤지지 않지만, 리튬 전지 분리막, 에너지 밀도 등 여전히 몇 가지 단점이 있습니다. 분명히 서양, 일본, 한국의 기술 축적에는 여전히 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어, Ningde 타임즈가 몇 년 동안 글로벌 배터리 시장에서 1 위를 차지했지만 국내외 산업 조사 보고서에는 여전히 파나소닉과 LG가 1 위에 올랐고, Ningde 타임과 BYD가 2 위에 올랐다.

 

5. 결론
 

의심 할 여지없이 향후 관련 연구가 더욱 발전함에 따라 전 세계 리튬 배터리의 개발 및 적용은 인류 사회의 에너지 개혁과 혁신을 촉진하고 지속 가능한 발전에 새로운 추진력을 불어 넣을 더 넓은 전망을 가져올 것입니다. 경제와 사회, 환경 보호 강화. 업계를 선도하는 자동차 회사 인 Tesla는 마치 메기와 같습니다. 에너지 신차 개발을 촉진하는 동시에 리튬 배터리 시장 환경 도전에도 앞장서고있다.

Zeng Yuqun은 Tesla와의 동맹 내부 이야기를 공개 한 적이 있습니다. 머스크는 하루 종일 비용에 대해 이야기 해 왔습니다. 이는 테슬라가 배터리 비용을 낮추고 있다는 의미입니다. 그러나 중국 시장에서 Tesla와 Ningde 시대의 돌진 과정에서 차량과 배터리 모두 비용 때문에 품질 문제를 무시해서는 안된다는 점에 유의해야합니다. 그렇게되면 원래의 국내 일련의 선의의 정책은 그 중요성이 크게 줄어들 것입니다.

또한 암울한 현실이 있습니다. 중국이 리튬 배터리 시장을 장악하고 있지만 인산 철 리튬과 삼원 재료의 핵심 기술과 특허는 중국인의 손에 달려 있지 않습니다. 일본과 비교할 때 중국은 리튬 배터리 연구 개발에 대한 인적 및 자본 투자에 큰 격차가 있습니다. 이것은 국가, 과학 연구 기관 및 기업의 장기적인 지속성과 투자에 의존하는 기초 과학 연구의 중요성을 강조합니다.

현재 리튬 배터리는 이전 두 세대의 리튬 코발트 산화물, 리튬 철 인산염 및 리튬 삼원에 이어 3 세대로 이동하고 있습니다. 처음 두 세대의 핵심 기술과 특허가 외국 기업들에 의해 분할되어 중국은 핵심 우위가 충분하지 않지만 조기 레이아웃을 통해 다음 세대의 상황을 뒤집을 수있을 것입니다. 배터리 소재의 기초 연구 개발, 응용 연구 및 제품 개발의 산업 발전 경로를 고려할 때 우리는 장기적인 전쟁에 대비해야합니다.

중국에서 리튬 배터리의 개발 및 적용은 여전히 ​​많은 도전에 직면하고 있습니다. 예를 들어, 리튬 배터리 신 에너지 자동차의 실제 사용에는 낮은 에너지 밀도, 낮은 저온 성능, 긴 충전 시간, 짧은 서비스 수명 등과 같은 몇 가지 문제가 여전히 있습니다.

2019 년 이후 중국은 배터리 '화이트리스트'를 취소했고 LG, 파나소닉과 같은 외국 기업은 매우 빠른 레이아웃 공격으로 중국 시장으로 돌아왔다. 동시에 리튬 배터리 가격에 대한 압력이 증가함에 따라 국내 시장에서의 경쟁이 더욱 치열 해지고 있습니다. 이것은 관련 기업이 더 높은 제품 비용 성능과 빠른 시장 반응 능력으로 완전한 경쟁에서 우위를 차지하도록 강요하여 중국 리튬 배터리 산업의 업그레이드와 지속적인 성장을 촉진합니다.


포스트 시간 : Mar-16-2021
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