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

2014년 4월 21일 아침, 머스크는 전용기로 베이징 차오푸 방초에 낙하산을 타고 테슬라의 중국 진출을 위한 미래를 모색하기 위해 첫 번째 기착지로 중국 과학기술부에 갔다.과기정통부는 그동안 테슬라를 독려해왔지만 이번에는 머스크가 문을 닫고 다음과 같은 답변을 받았다. 중국이 전기차 세제 개혁을 검토하고 있다.개혁이 완료되기 전까지 모델 s는 기존 연료 차량과 마찬가지로 여전히 25%의 관세를 지불해야 합니다.

그래서 머스크는 괴짜 Park Innovators Summit을 통해 "소리칠" 계획입니다.중산콘서트홀 본관에는 양원청, 저우홍이, 장이밍 등이 무대에 앉았다.그리고 머스크는 무대 뒤에서 기다렸다가 휴대폰을 꺼내 트윗했다.음악이 울리자 그는 환호와 박수를 치며 무대로 성큼성큼 걸어갔다.그러나 그가 미국으로 돌아왔을 때 그는 트위터에 “중국에서 우리는 기어 다니는 아기와 같다”고 불평했다.

그 이후로 Tesla는 시장이 일반적으로 약세를 보이고 난산 문제로 인해 반년의 긴 고객 회수 주기로 이어지면서 여러 차례 파산 위기에 놓였습니다.그 결과 사향은 쓰러지고 마리화나를 산 채로 피워 매일 캘리포니아 공장에서 잠을 자고 진행 상황을 모니터링했습니다.생산능력 문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 중국에 슈퍼공장을 짓는 것이다.이를 위해 머스크는 홍콩 연설에서 외쳤습니다. 중국 고객에게는 위챗 사용법까지 배웠습니다.

 

시간은 흐른다.2020년 1월 7일, 머스크는 다시 상하이에 와서 Tesla Shanghai Super 공장에서 중국 자동차 소유자에게 국내 모델 3 키의 첫 번째 배치를 전달했습니다.그의 첫 마디는 “중국 정부에 감사합니다.그 자리에서 백 럽댄스를 하기도 했다.그 이후로 국내 모델 3의 급격한 가격 인하와 함께 업계 안팎의 많은 사람들은 공포에 질려 “중국의 신에너지 자동차의 종말이 다가온다”고 말했다.

그러나 지난 1년 동안 Tesla는 배터리 자연 발화, 엔진 제어 불능, 채광창 날아가는 등 대규모 전복 사고를 경험했으며 Tesla의 태도는 "합리적"이거나 오만해졌습니다.최근 테슬라는 신차의 정전으로 중앙 언론의 질타를 받고 있다.상대적으로 말하자면, 테슬라 배터리 수축 문제는 매우 일반적이며, 인터넷에서 자동차 소유자는 목소리도 차례로 비난합니다.

이에 국가기관이 공식적으로 조치를 취했다.최근 시장감리총국 등 5개 부서가 테슬라를 인터뷰했는데, 주로 비정상적인 가속, 배터리 화재, 원격 차량 업그레이드 등의 문제를 내포하고 있다. 모두 알다시피 국산 인산철 리튬 배터리는 기본적으로 국내 모델 3에 사용된다. .

리튬 배터리는 얼마나 중요합니까?산업발전의 과정을 돌이켜보면 중국은 과연 핵심기술을 파악하고 있을까?성공을 달성하는 방법?

 

1/ 당대의 중요한 도구

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

20세기에 인류는 이전 2000년의 부를 합한 것보다 더 많은 부를 창출했습니다.그 중 과학기술은 세계문명과 경제발전을 견인하는 결정적인 힘이라고 할 수 있다.지난 100년 동안 인간이 창조한 과학기술의 발명은 별처럼 빛나며 그 중 두 가지는 역사적 과정에 지대한 영향을 미친 것으로 인정받고 있다.첫 번째는 트랜지스터가 없으면 컴퓨터가 없을 것입니다.두 번째는 리튬 이온 배터리로, 이 배터리 없이는 세상을 상상할 수 없습니다.

오늘날 리튬 배터리는 매년 수십억 대의 휴대전화, 노트북 및 기타 전자 제품과 수백만 대의 신에너지 차량, 심지어 충전이 필요한 지구상의 모든 휴대용 장치에 사용되고 있습니다.또한 새로운 에너지 자동차 혁명의 도래와 더 많은 모바일 장치의 생성으로 리튬 배터리 산업은 밝은 미래를 가질 것입니다.예를 들어, 리튬 배터리 셀의 연간 출력 가치는 2000억 위안에 도달했으며 미래가 바로 코앞에 다가왔습니다.

세계 여러 나라에서 공식화한 연료 차량의 향후 철폐를 위한 계획과 일정도 "케이크를 장식할 것"이 될 것입니다.가장 빠른 것은 2025년 노르웨이, 2035년경 미국, 일본 등 유럽 여러 나라다. 중국은 명확한 시기 계획이 없다.미래에 새로운 기술이 없다면 리튬 배터리 산업은 수십 년 동안 계속 번창할 것입니다.리튬전지의 핵심기술을 소유한 자가 산업을 지배할 수 있는 홀을 갖는다고 할 수 있다.

 

서유럽 국가들은 연료 차량의 단계적 폐지를 위한 일정을 설정했습니다.

수년에 걸쳐 유럽과 미국, 중국, 일본 및 한국은 리튬 배터리 분야에서 치열한 경쟁을 시작했으며 많은 유명한 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 반도체의 발전 경로와 동일하다고 누가 생각했겠습니까? 유럽과 미국에서 시작하여 일본과 한국보다 강하고 마침내 중국이 지배하게되었습니다.

1970년대와 1980년대에 리튬 배터리 기술이 유럽과 미국에서 시작되었습니다.나중에 미국인들은 리튬 코발트 산화물, 리튬 망간 산화물 및 리튬 철 인산염 배터리를 연속적으로 발명하여 업계를 주도했습니다.1991년 일본은 최초로 리튬이온 배터리를 산업화했지만 시장은 계속 축소되었습니다.반면 한국은 이를 추진하기 위해 국가에 의존하고 있다.동시에 중국은 정부의 강력한 지원으로 리튬 배터리 산업을 세계 최초의 단계로 만들었습니다.

리튬 배터리 산업의 발전에서 유럽, 미국 및 일본은 기술 진흥에 중요한 역할을 했습니다.2019년 노벨 화학상은 리튬 이온 배터리 연구 및 개발에 기여한 공로를 인정받아 미국 과학자 존 구디나프, 스탠리 휘팅엄, 일본 과학자 요시노에게 수여되었습니다.미국과 일본 과학자들이 노벨상을 받았는데 과연 중국이 리튬전지 핵심기술을 주도할 수 있을까?

 

2/ 리튬 배터리의 요람 

글로벌 리튬 배터리 기술의 발전에는 긴 여정이 있습니다.1970년대 초, 오일 위기에 대응하여 Exxon은 뉴저지에 연구소를 설립하여 Stanford University의 고체 상태 전기화학 박사후 연구원인 Stanley whitingham을 포함하여 물리학 및 화학 분야의 최고 인재들을 많이 유치했습니다.그 목표는 새로운 에너지 솔루션을 재구성하는 것, 즉 차세대 충전식 배터리를 개발하는 것입니다.

동시에 Bell Labs는 Stanford University의 화학자와 물리학자로 구성된 팀을 구성했습니다.양측은 차세대 배터리 연구개발을 놓고 극도의 경쟁을 벌였다.연구가 관련이 있더라도 "돈은 문제가되지 않습니다.".거의 5년 동안의 기밀 연구 끝에 whitingham과 그의 팀은 세계 최초의 충전식 리튬 이온 배터리를 처음으로 개발했습니다.

이 리튬 배터리는 양극 물질로 티타늄 황화물과 음극 물질로 리튬을 독창적으로 사용합니다.그것은 경량, 대용량 및 메모리 효과가 없다는 장점이 있습니다.동시에 질적 도약이라고 할 수 있는 기존 배터리의 단점을 버리게 된다.1976년 엑손은 세계 최초로 리튬전지 발명 특허를 출원했지만 산업화의 혜택을 받지 못했다.그러나 이것은 "리튬의 아버지"로서의 휘팅엄의 명성과 세계에서의 그의 위상에는 영향을 미치지 않습니다.

Whingham의 발명이 업계에 영감을 주었지만 배터리 충전 연소 및 내부 분쇄는 gudinaf를 포함한 팀을 크게 괴롭혔습니다.따라서 그와 두 명의 박사후 연구원은 주기율표를 체계적으로 탐구했습니다.1980년, 그들은 마침내 최고의 재료가 코발트라고 결정했습니다.리튬이온전지의 양극으로 사용될 수 있는 리튬코발트산화물은 당시 그 어떤 소재보다 월등히 뛰어났고 빠르게 시장을 선점했다.

그 이후로 휴먼 배터리 기술은 상당한 진전을 이루었습니다.리튬 코발타이트가 없으면 어떻게 될까요?한마디로 '대형 휴대폰'이 왜 그토록 크고 무거웠을까?리튬 코발트 배터리가 없기 때문입니다.그러나 리튬 코발트 산화물 전지는 많은 장점이 있지만, 고비용, 열악한 과충전 저항 및 사이클 성능, 심각한 폐기물 오염 등 대규모 적용 후 단점이 노출됩니다.

그래서 goodinav와 그의 학생 Mike Thackeray는 더 나은 자료를 계속 찾았습니다.1982년에 Thackeray는 선구적인 망간산 리튬 배터리를 발명했습니다.그러나 곧 그는 리튬 배터리를 연구하기 위해 ANL(Argonne National Laboratory)로 뛰어갔습니다.그리고 goodinaf와 그의 팀은 계속해서 대체 물질을 찾고 있으며, 주기율표에서 금속을 다시 체계적으로 교환함으로써 목록을 철과 인의 조합으로 줄입니다.

결국 철과 인은 팀이 원하는 구성을 형성하지 않았지만 또 다른 구조를 형성했습니다. licoo3와 LiMn2O4에 이어 리튬 이온 배터리의 세 번째 양극 재료인 LiFePO4가 공식적으로 탄생했습니다.따라서 가장 중요한 세 가지 리튬 이온 배터리 양극은 모두 고대부터 dinaf의 연구실에서 탄생했습니다.또한 위에서 언급한 두 명의 노벨상 화학자가 탄생하면서 세계 리튬 배터리의 요람이 되었습니다.

1996년 텍사스 대학교는 goodinaf의 연구실을 대신하여 특허를 신청했습니다.이것은 LiFePO4 배터리의 첫 번째 기본 특허입니다.이후 프랑스 리튬 과학자 Michelle Armand가 팀에 합류하여 dinaf와 LiFePO4 탄소 코팅 기술 특허를 출원하여 LiFePO4의 두 번째 기본 특허가 되었습니다.이 두 특허는 어떤 경우에도 우회할 수 없는 핵심 특허입니다.

 

3/ 기술이전

기술 응용의 발전과 함께 리튬 코발트 산화물 전지의 음극은 해결해야 할 시급한 문제가 있어 급속하게 산업화되지 못하고 있다.당시 리튬 전지의 음극재로는 리튬 금속이 사용되었다.상당히 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있지만 양극 재료의 점진적인 분말화 및 활성 손실, 리튬 덴드라이트의 성장이 다이어프램을 관통하여 단락 또는 연소 및 폭발을 초래할 수 있는 등 많은 문제가 있었습니다. 배터리.

문제가 매우 어려울 때 일본인이 나타났습니다.소니는 오랫동안 리튬 배터리를 개발해 왔으며, 글로벌 발전에 세심한 주의를 기울였습니다.그러나 리튬 코발타이트 기술을 언제 어디서 얻었는지에 대한 정보는 없습니다.1991년에 Sony는 인류 역사상 최초의 상업용 리튬 이온 배터리를 출시했으며 최신 ccd-tr1 카메라에 여러 개의 리튬 코발트 산화물 원통형 배터리를 넣었습니다.그 이후로 세계 소비자 가전의 얼굴은 다시 쓰여졌습니다.

이 중요한 결정을 내린 사람은 바로 요시노였습니다.그는 리튬 배터리의 양극으로 리튬 대신 탄소(흑연) 사용을 개척하고 리튬 코발트 산화물 음극과 결합했습니다.이는 리튬 전지의 용량과 수명을 근본적으로 개선하고 리튬 전지 산업화의 마지막 동력인 비용을 절감합니다.이후 중국과 한국 기업이 리튬전지 산업의 물결에 뛰어들었고, 이때 에너지신기술(ATL)이 확립됐다.

기술 도용으로 인해 텍사스 대학과 일부 기업이 시작한 '권리 동맹'이 전 세계적으로 칼을 휘두르며 많은 국가와 기업이 참여하는 특허 분쟁이 발생했습니다.사람들은 여전히 ​​LiFePO4가 가장 적합한 전원 배터리라고 생각하지만, 니오브산리튬, 코발트 리튬 및 망간 리튬의 장점을 결합한 새로운 양극 재료 시스템이 캐나다의 한 연구실에서 조용히 탄생했습니다.

2001년 4월 달하우스 대학의 물리학 교수이자 3M 그룹 캐나다의 수석 과학자인 Jeff Dann은 대규모 상업용 니켈 코발트 망간 삼원 복합 양극 재료를 발명하여 리튬 배터리가 시장 진출의 마지막 단계를 돌파하도록 촉진했습니다. .그해 4월 27일 쓰리엠은 삼원재료의 기본핵심특허인 특허를 미국에 출원했다.이것은 삼항 체계에 있는 한 아무도 돌아다닐 수 없다는 것을 의미합니다.

거의 동시에, 아르곤국립연구소(ANL)는 리치리튬의 개념을 최초로 제안하고, 이를 바탕으로 층상리튬 리치 및 고망간 삼원재료를 발명하여 2004년 특허출원에 성공하였다. 이 기술 개발은 리튬 망간산염을 발명한 Thackerel입니다.테슬라는 2012년까지 점진적인 상승 모멘텀을 깨기 시작했다.Musk는 3M의 리튬 배터리 R&D 부서에서 직원을 채용하기 위해 몇 배의 높은 급여를 제안했습니다.

이를 계기로 3M은 '사람은 가도 특허권은 남는다'는 전략을 채택해 배터리 부문을 완전히 해체하고 특허 수출과 기술 협력을 통해 더 높은 수익을 올렸다.Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L&F, SK 등 다수의 일본 및 한국 리튬 배터리 기업과 중국의 Shanshan, Hunan Ruixiang 및 Beida Xianxian과 같은 양극재에 특허가 부여되었습니다. 총 10개 이상의 기업.

Anl의 특허는 독일 화학 대기업인 BASF, 일본 양극재 공장인 Toyoda Industries, 한국 회사인 LG의 세 회사에만 부여됩니다.이후 3원 재료의 핵심 특허 경쟁을 중심으로 두 개의 최고의 산업 대학 연구 연합이 형성되었습니다.이것은 서구, 일본 및 한국의 리튬 배터리 기업의 "선천적인" 기술 강점을 사실상 형성했지만 중국은 많은 것을 얻지 못했습니다.

 

4/ 중국 기업의 부상

중국이 핵심기술을 터득하지 않았는데 어떻게 상황을 타개했을까?중국의 리튬 배터리 연구는 세계와 거의 동기화되어 너무 늦지 않았습니다.1970년대 후반 독일 중국공학원 학자 Chen Liquan의 추천으로 중국과학원 물리연구소는 중국 최초의 고체이온실험실을 설립하고 리튬에 대한 연구를 시작하였다. 이온 전도체 및 리튬 배터리.1995년 중국과학원 물리연구소에서 중국 최초의 리튬전지가 탄생했다.

동시에, 1990년대 소비자 가전의 부상 덕분에 중국의 리튬 배터리가 동시에 부상하고 Lishen, BYD, bick 및 ATL이라는 "4대 거인"의 등장이 이루어졌습니다.일본이 산업 발전을 주도했지만 생존 딜레마로 인해 산요 일렉트릭은 파나소닉에, 소니는 리튬 배터리 사업을 무라타 생산에 매각했다.치열한 시장 경쟁 속에서 BYD와 ATL만이 중국의 '빅4'다.

2011년에 중국 정부의 보조금 "화이트리스트"는 외자 기업을 차단했습니다.일본 자본에 인수된 후 ATL의 정체성은 구식이 되었습니다.그래서 ATL의 창업자인 Zeng Yuqun은 전원 배터리 사업을 독립시키고 중국 자본이 참여하도록 하고 모회사인 TDK의 지분을 희석할 계획을 세웠지만 승인을 받지 못했습니다.그래서 Zeng Yuqun은 Ningde 시대(catl)를 수립하고 원천 기술 축적을 발전시켜 흑마가 되었습니다.

기술 경로 측면에서 BYD는 Ningde 시대의 고 에너지 밀도 리튬 삼원 배터리와 다른 안전하고 비용 효율적인 리튬 철 인산염 배터리를 선택합니다.이는 BYD의 비즈니스 모델과 관련이 있습니다.회사 설립자인 Wang Chuanfu는 "지팡이는 끝까지 먹는다"고 주장합니다.유리와 타이어를 제외하고 자동차의 거의 모든 부품은 자체적으로 생산 및 판매되며 가격 우위로 외부 세계와 경쟁합니다.이를 바탕으로 비야디는 오랜 기간 국내 시장에서 확고한 2위 자리를 지켜왔다.

하지만 비야디의 장점은 약점이기도 하다. 배터리를 만들고 자동차를 판매하기 때문에 다른 자동차 제조사들은 자연스럽게 불신을 갖게 되고 자신보다 경쟁자에게 발주하는 것을 선호하게 된다.예를 들어 Tesla는 BYD의 LiFePO4 배터리 기술이 더 많이 축적되었지만 여전히 Ningde 시대의 동일한 기술을 선택합니다.비야디는 상황을 바꾸기 위해 전원 배터리를 분리해 '블레이드 배터리'를 출시할 계획이다.

개혁개방 이후 리튬전지는 선진국을 따라잡을 수 있는 몇 안 되는 분야 중 하나이다.그 이유는 다음과 같습니다. 첫째, 국가는 전략적 보호를 중시합니다.둘째, 시작하기에 너무 늦지 않았습니다.셋째, 국내 시장이 충분히 크다.넷째, 기술전문가 지망생과 기업인의 집단이 협력하여 돌파구를 마련한다.그러나 확대해 보면 닝더시대라는 이름처럼 닝더시대를 형성하는 것은 중국의 경제적 성과이자 전기차 시대다.

현재 중국은 양극재와 전해질 연구에서 선진국에 뒤지지 않고 있지만 리튬전지 분리막, 에너지 밀도 등 여전히 몇 가지 부족한 점이 있다.분명히, 서구, 일본 및 한국의 기술 축적은 여전히 ​​몇 가지 이점이 있습니다.예를 들어 닝더타임즈가 세계 배터리 시장에서 몇 년 동안 1위를 차지했지만 국내외 업계 조사 보고서에 따르면 여전히 파나소닉과 LG가 1위, 닝더타임즈와 BYD가 2위를 기록하고 있다.

 

5. 결론
 

의심할 여지 없이, 향후 관련 연구의 추가 발전과 함께 세계에서 리튬 배터리의 개발 및 응용은 더 넓은 전망을 열어 인류 사회의 에너지 개혁과 혁신을 촉진하고 지속 가능한 발전에 새로운 추진력을 주입할 것입니다. 경제와 사회의 환경 보호를 강화합니다.업계를 선도하는 자동차 회사인 Tesla는 메기 같은 존재입니다.신에너지 자동차 개발을 촉진함과 동시에 리튬전지 시장 환경에 도전하는 데 앞장서고 있습니다.

Zeng Yuqun은 Tesla와의 제휴에 대한 내부 이야기를 공개한 적이 있습니다. Musk는 하루 종일 비용에 대해 이야기해 왔습니다.이는 Tesla가 배터리 비용을 낮추고 있다는 의미입니다.그러나 Tesla와 Ningde 시대 모두 중국 시장에서 러시하는 과정에서 차량과 배터리 모두 비용 때문에 품질 문제를 무시해서는 안됩니다.그렇게 되면 선의의 국내 일련의 정책은 의미가 크게 줄어들 것입니다.

게다가 암울한 현실도 있다.중국이 리튬전지 시장을 장악하고 있지만, 인산철리튬과 삼원재료의 가장 핵심적인 기술과 특허는 중국인의 손에 있지 않다.일본과 비교하면 중국은 리튬전지 연구개발에 대한 인적·자본 투자 격차가 크다.이것은 국가, 과학 연구 기관 및 기업의 장기적인 지속성과 투자에 의존하는 기초 과학 연구의 중요성을 강조합니다.

현재 리튬 배터리는 이전 2세대 리튬 코발트 산화물, 리튬 철 인산염 및 리튬 삼원에 이어 3세대로 이동하고 있습니다.1·2세대의 핵심 기술과 특허가 외국 기업에 의해 분할되면서 중국은 핵심 우위가 충분하지 않지만 조기 레이아웃을 통해 다음 세대의 상황을 역전시킬 수 있을지도 모른다.기초 연구 개발, 응용 연구 및 배터리 재료 제품 개발의 산업 발전 경로를 고려하여 장기 전쟁에 대비해야 합니다.

중국에서 리튬 배터리의 개발 및 적용은 여전히 ​​많은 도전에 직면해 있다는 점에 유의해야 합니다.예를 들어, 리튬 배터리 신에너지 차량의 실제 사용에서 낮은 에너지 밀도, 열악한 저온 성능, 긴 충전 시간, 짧은 서비스 수명 등과 같은 몇 가지 문제가 여전히 있습니다.

2019년부터 중국은 배터리의 '화이트리스트'를 취소했고, LG, 파나소닉 등 외국 기업이 중국 시장에 복귀해 매우 빠른 레이아웃 공세를 펼쳤다.동시에 리튬 전지의 가격에 대한 압박이 증가함에 따라 국내 시장의 경쟁이 더욱 치열해지고 있습니다.이것은 관련 기업이 더 높은 제품 비용 성능과 더 빠른 시장 반응 능력으로 전면 경쟁에서 우위를 차지하도록 하여 중국 리튬 배터리 산업의 업그레이드와 지속적인 성장을 촉진할 것입니다.


게시 시간: 2021년 3월 16일
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