Por qué la tecnología de litio de China, Japón y Corea del Sur pertenecen al campo líder

El auge de las empresas de baterías ha sentado una cierta base técnica para la revolución de los vehículos eléctricos en China, pero la industria del automóvil eléctrico necesita un mayor ataque técnico y una industrialización oportuna para ponerse al día.

El desarrollo de vehículos eléctricos chinos está a punto de entrar en su décimo año. Como batería de energía del corazón del vehículo eléctrico, su patrón industrial ha aparecido fuego de hielo dos días.

En 2017, Shenzhen Power Battery Co., Ltd., que tiene el quinto mayor volumen de ventas de baterías de energía mundial y el tercer mayor volumen de ventas de baterías de energía de China, tuvo su empresa matriz, Woterma (300116. SZ), incumplió con 2.000 millones de yuanes en deuda a principios de abril, con una deuda total de 22.138 millones de yuanes. Además, muchas empresas de baterías de energía pequeñas y medianas han cerrado por la presión de los costes. Por otro lado, Ningde Times New Energy Technology Co., Ltd. (en lo sucesivo, CATL), que vendió la batería de energía más grande del mundo en 2017, se reunió con éxito a principios de abril y fue valorada en más de 130 mil millones de yuanes.

Además de la situación de reorganización interna, en el mercado global, las empresas de Japón y Corea del Sur en un patrón competitivo, la competitividad de los vehículos de nueva energía de China? ¿Existe alguna posibilidad de adelantamiento en una curva? Recientemente, el académico de la Academia de Ciencias de China y vicepresidente ejecutivo de la asociación de autos eléctricos de 100 personas de China, Ouyang Minggao, fue entrevistado por el reportero de Caijing, diciendo que se ha formado la línea de fondo de la tecnología china de vehículos eléctricos. La batería de fosfato de hierro y litio se puede retirar y también hay una nueva generación de baterías de iones de litio.

El ataque y la defensa de la batería de energía china

Caijing: ¿Qué es el desarrollo de baterías eléctricas en China?

Ouyang Minggao: undécimo desarrollo clave de cinco años de batería de iones de litio de fosfato de hierro y litio, doce cinco desarrollos clave de batería ternaria de iones de litio positiva, decimotercer quinto año se centra en el desarrollo de litio ternario positivo + silicio-carbono negativo con alto contenido de níquel. batería de iones.

Caijing: ¿Está maduro el estudio de las baterías de fosfato de hierro y litio en China? En comparación con el fosfato de hierro y litio, ¿cuáles son las ventajas y desventajas de las baterías ternarias de litio?

Ouyang Minggao: las baterías de fosfato de hierro y litio son el resultado final de la revolución del automóvil eléctrico. Aunque la capacidad específica es menor que la batería de litio triple, la tecnología de la batería de fosfato de hierro y litio es madura, rica en materiales, controlable en costo y alta en seguridad. En la actualidad, las baterías avanzadas de fosfato de hierro y litio han logrado 500 kilómetros de kilometraje en automóviles eléctricos Tengshi, teniendo en cuenta la seguridad y la economía.

El fosfato de hierro y litio y el ternario son diferentes materiales positivos para las baterías de litio. Las baterías triples de litio logran una energía específica más alta, pero aún existen problemas como la seguridad, el costo de la materia prima y la vida útil. El umbral técnico es fomentar el progreso tecnológico, y los requisitos de seguridad para las baterías de iones de litio también son más altos.

"Caijing": la batería de litio ternaria ahora se considera una ruta de batería de energía convencional. Muchas empresas han optado por una mayor densidad de energía y una tecnología más compleja de producción de baterías ternarias. ¿Cuál es el estado tecnológico actual de la batería ternaria de litio de China? Cual es la dificultad?

Ouyang Minggao: En la actualidad, la muestra de batería en desarrollo puede alcanzar los 300 vatios / kg de energía. Es una batería ternaria NCM811 + de iones de litio negativos de carbono de silicio, pero la seguridad es particularmente desafiante. Para 2020, la combinación de 811 polos positivos, polos negativos de silicio y electrolitos líquidos puede convertirse en un producto común (algunos expertos en baterías japoneses y coreanos creen que 622 polos positivos pueden ser una mejor opción desde la perspectiva de un balance de desempeño integral).

El objetivo de industrializar las baterías de paquete blando de tres vías para alcanzar los 300 vatios / kg en 2020 no es un problema. El núcleo radica en si las materias primas y los procesos de producción pueden satisfacer la demanda una vez que se implemente la producción a gran escala de la industrialización. Después de la industrialización de las baterías de iones de litio, está limitado por materiales polares positivos. Desde un punto de vista industrial, será muy difícil alcanzar 350 vatios / kg de energía.

Caijing: ¿La alta níquelización es una tendencia de desarrollo?

Ouyang Minggao: la alta níquel es una tendencia en la actualidad, principalmente para reducir la dependencia del cobalto, de modo que se pueda controlar el costo. La disminución del uso de cobalto es una tendencia inevitable.

Caijing: ¿China seguirá el camino del desarrollo de Panasonic en Japón? Por ejemplo, desarrolle una batería de litio cilíndrica 18650 811.

Ouyang Minggao: El 18650 de Matsushita es más fácil de lograr debido a su pequeña capacidad. Las baterías pequeñas pueden evitar el problema de la heterogeneidad del material y la polarización después de la amplificación de volumen. Sin embargo, debido a que el electrolito es fácil de secar, la vida útil es relativamente corta. Pero China no seguirá ciegamente el camino de la investigación de Panasonic y elegirá los materiales de manera diferente. Nuestro país es níquel cobalto manganeso, Panasonic es níquel cobalto aluminio. La seguridad del níquel-cobalto-aluminio no está controlada y el manganeso es relativamente estable.

Caijing: ¿serán las baterías de iones de litio la ruta principal a medio plazo?

Ouyang Minggao: Las baterías de iones de litio siempre serán el producto principal a mediano plazo y no se alterarán fácilmente. Sin embargo, pueden ocurrir cambios en positivo, negativo y electrolito. Además, el litio-aire, el litio-azufre, etc. están llenos de incertidumbre, y queda por ver la perspectiva de industrialización en el campo de la automoción.

Las ventajas y desventajas de la tecnología de litio en China

"Caijing": En la actualidad, la potencia mundial de litio, China, Japón y la República de Corea tienen derecho a hablar, ¿cómo formar tal situación?

Ouyang Minggao: principalmente porque China, Japón y Corea del Sur tienen la base industrial de las baterías de iones de litio, Japón y Corea del Sur, no hace falta decir que la base industrial de China comenzó con las baterías de los teléfonos móviles. Cuando surgió la tecnología de iones de litio, la mayoría de las empresas de automóviles de todo el mundo estaban estudiando las pilas de combustible y no eran optimistas sobre el futuro de las pilas de energía. El país también ha comenzado a centrarse en las pilas de combustible, pero debido a que no existe una base industrial relacionada con las pilas de combustible, los materiales básicos y los electrodos de membrana están lejos de Estados Unidos y Japón. Posteriormente, luego de comparar repetidamente las ventajas de las industrias nacionales y las características del sistema de transporte, se propuso primero la estrategia de "propulsión eléctrica pura" con las características de la energía eléctrica de litio. Finalmente estaba en el mismo campo que Japón y Corea del Sur, y estaba a la vanguardia mundial en la industrialización de vehículos eléctricos de nueva energía.

Europa y los Estados Unidos son difíciles de aparecer empresas de litio a gran escala, principalmente debido al inicio tardío, la base industrial débil.

Caijing: ¿Por qué la superioridad industrial y el sistema de transporte de China favorecen el desarrollo de la electricidad de litio?

Ouyang Minggao: Toyota ha estado desarrollando energía híbrida sobre la base de motores de combustible. En ese momento, en los primeros dos planes quinquenales para vehículos de nueva energía en China, también siguió el enfoque de Toyota en la energía híbrida como un desarrollo, y las compañías automotrices nacionales clave invirtieron mucha energía en investigación y desarrollo mixtos. En 2008, el rendimiento de demostración de los automóviles híbridos nacionales, especialmente los híbridos, no es ideal.

Al mismo tiempo, la tecnología de baterías de iones de litio hizo avances después de 2007, reemplazando las baterías de hidruro metálico de níquel en un corto período de tiempo, lo que hizo posible desarrollar energía eléctrica pura. Desde la mezcla hasta las pilas de combustible, Toyota tiene como objetivo elevar el nivel técnico y garantizar una ventaja competitiva.

El sistema de transporte chino tiene una base eléctrica. El tren de alta velocidad, las bicicletas eléctricas y el transporte público eléctrico han convertido a la sociedad china en las características de los viajes eléctricos. Al mismo tiempo, la tecnología de integración de vehículos eléctricos puros es relativamente difícil, por lo que China es adecuada para la electricidad pura. El avance tecnológico y la escena de la aplicación coinciden, que es la razón principal del rápido desarrollo de la electricidad pura.

Caijing: ¿Cuál es el nivel de investigación y reserva de talentos de litio-eléctrico en el mundo?

Ouyang Minggao: He leído alrededor de 1 millón de artículos internacionales sobre investigación de materiales en el mundo durante los últimos 10 años, 40 en China continental y Taiwán, y el doble en China continental que en Estados Unidos. Una parte considerable de la investigación de materiales está relacionada con las baterías. La mayoría de las baterías estudiadas en Estados Unidos también son chinas. El talento y el potencial de investigación de la reserva eléctrica de litio de nuestro país es enorme.

Caijing: ¿es insuficiente la capacidad de alta gama de iones de litio en China?

Ouyang Minggao: La capacidad de producción de alta gama es un problema común que enfrentan todas las industrias en China. Sin embargo, la alta proporción de talentos de alta gama en la industria de baterías de China y la innovación tecnológica activa. Por ejemplo, en la era de Ningde, el valor de producción anual era de 20 mil millones de yuanes y había más de 100 médicos. En comparación con algunas compañías automotrices nacionales, el valor de producción anual de 500 mil millones es solo 50. Una estructura y proporción de talento tan alto es completamente diferente de otras industrias.

"Caijing": En la actualidad, la consistencia de la industria nacional de electricidad de litio es relativamente baja. ¿Se emitirán estándares de la industria?

Ouyang Minggao: el estándar de baterías de litio de China tiene estrictos estándares de seguridad y objetivos claros. El estándar internacional adoptado recientemente para baterías de litio ha adoptado el estándar chino. La relación de seguridad y energía de las baterías de litio son contradictorias. Con el desarrollo de tecnología y tecnología, las empresas de baterías de iones de litio elevarán el umbral técnico al aumentar el índice energético específico. La energía específica es un bastón importante y eficaz para regular los cambios en la estructura de la capacidad de producción. La capacidad de producción de gama baja en el mercado definitivamente se eliminará.

Caijing: La era Ningde ganó el pedido global de Volkswagen y Mercedes-Benz, y fue un 6% más alta que LG. ¿Por qué estas compañías automotrices extranjeras originalmente tenían la intención de comprar baterías eléctricas chinas a un precio más alto?

Ouyang Minggao: En primer lugar, la calidad de los productos en la era Ningde es comparable a la de LG y, a veces, incluso mejor que la de LG; En segundo lugar, no hay grandes fabricantes de litio en Europa; En tercer lugar, China es el mercado único más grande para estas empresas y representa el 40% de las ventas globales de Volkswagen; Finalmente, la integridad de la cadena de la industria del litio de China es mejor que la de Corea del Sur, y su escala industrial y potencial de desarrollo también son más altos que los de Corea del Sur.

La próxima generación de baterías que pueden romper el hielo

Caijing: en la actualidad, el material ternario positivo más popular es la base de manganeso rica en litio. ¿Por qué se ha convertido en un punto caliente? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas?

Ouyang Minggao: El manganeso rico en litio como material positivo es un punto de acceso de investigación global. El material de electrodo positivo rico en litio tiene una alta capacidad específica de descarga y puede alcanzar 400 mAh / go más. La energía específica de la batería puede alcanzar los 400 vatios / kg o más. Al mismo tiempo, se puede reducir la dependencia del cobalto y el níquel y los costes, especialmente en el caso del cobalto. Recientemente, el profesor Xiadingguo de la Universidad de Pekín sintetizó polos positivos de 400 mAh / g en el laboratorio, pero la vida útil de las baterías de manganeso ricas en litio es relativamente corta.

En la actualidad, se han fabricado 300 vatios / kg de baterías de litio de manganeso ricas en litio en el país y en el extranjero, pero su vida útil es de varios cientos de veces y no pueden cumplir con los requisitos para el uso de vehículos. Necesitan continuar con sus esfuerzos. La base de manganeso rica en litio tiene una rápida atenuación de voltaje y debe mejorarse en el material. En segundo lugar, los grupos de manganeso ricos en litio deben combinarse con electrolitos con un rango de voltaje más amplio, como los estados sólidos.

Caijing: ¿existe un calendario para la industrialización del manganeso rico en litio?

Ouyang Minggao: En el proyecto especial Nacional, para 2020, debemos lograr la industrialización de 811 baterías ternarias de litio. Al mismo tiempo, la base de manganeso rica en litio continúa estudiando en profundidad, porque los proyectos relevantes aún no se han completado y actualmente es imposible alcanzar un punto de tiempo preciso para la industrialización y luchar por alrededor de 2025.

La comparación completa de baterías de iones de litio ricas en litio que se espera sean altas debería ser equivalente a 811, incluso mejor, y la energía específica debería ser superior a 811. La durabilidad es un factor clave para la comparación. Si la durabilidad se puede mejorar con éxito, el material rico en litio se convertirá en un nuevo material industrial para baterías de litio.

Caijing: las grandes empresas de automóviles enumeraron las baterías sólidas y totalmente sólidas como el siguiente paso en investigación y desarrollo. ¿Cuáles son las dificultades en investigación y desarrollo?

Ouyang Minggao: Aunque el estudio de los electrolitos sólidos ya es un punto caliente, el núcleo de la implementación de baterías totalmente sólidas es resolver el problema de la interfaz entre sólidos y sólidos. En la actualidad, todavía es necesario agregar electrolitos líquidos. En los próximos 5 a 10 años, la proporción de electrolitos líquidos disminuirá gradualmente, mostrando una tendencia de sólido parcial a semisólido y evolucionando hacia estados totalmente sólidos. Incluso si no es posible alcanzar el estado sólido completo, estará cerca del estado sólido completo.

Una vez que el estado completamente sólido se desarrolle con éxito, no solo tendrá una mayor seguridad, sino que también cambiará por completo la práctica de la batería. Debido a que el estado sólido resuelve el problema de cortocircuito de la batería líquida, la batería se puede conectar internamente en serie para aumentar la energía específica. En la actualidad, la energía específica debe aumentarse tanto como sea posible bajo la premisa de garantizar la durabilidad, y la batería de estado sólido también tiene el potencial de carga rápida. Muchas instituciones y empresas de investigación relacionadas en China están estudiando la tecnología de baterías de litio sólidas.

Caijing: ¿Cuál es el estado y la planificación de la investigación japonesa en baterías de estado sólido y otros campos?

Ouyang Minggao: Toyota japonés ha demostrado baterías sólidas de iones de litio y afirman industrializarse para 2022 o 2023. Sin embargo, no se ha actualizado por encima de la energía, por lo que no será demasiado alto después de la industrialización.

¿Pueden las pilas de combustible reemplazar las baterías de litio?

Caijing: de la electricidad pura a las pilas de combustible, ¿cuáles son los principales problemas con el desarrollo de este tipo de baterías?

Ouyang Minggao: La investigación sobre pilas de combustible de China ha avanzado mucho. Los vehículos de pila de combustible han comenzado a industrializarse en el mercado local. El rendimiento del sistema de pila de combustible está optimizado y la tecnología probablemente estará relativamente madura en 2025. Si se logra una producción a gran escala, el costo también disminuirá.

En la actualidad, se debe prestar más atención a la tecnología de la energía del hidrógeno, es decir, la parte delantera del combustible de hidrógeno, como la preparación, el transporte, el almacenamiento, la compresión y otros enlaces. En la actualidad, a todo el mundo solo le preocupa el sistema de pilas de combustible en sí. Sin embargo, las tecnologías e infraestructura relacionadas con el hidrógeno no son ideales. Por ejemplo, la tecnología de almacenamiento de hidrógeno del vehículo tiene los siguientes problemas: alto costo de la fibra de carbono, bajo peso del almacenamiento de hidrógeno y gran pérdida de energía. Por lo tanto, la clave es profundizar la investigación básica y el desarrollo tecnológico relacionados con la energía del hidrógeno y la construcción de infraestructura relacionada.

Caijing: no ha habido reducción en los subsidios a las pilas de combustible. ¿Los legisladores creen que el desarrollo de pilas de combustible es más realista?

Ouyang Minggao: desde el punto de vista de todo el sistema energético del país (no solo desde el punto de vista del vehículo), la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno debe acelerarse. Esto está en consonancia con las necesidades de nuestra revolución energética. Si se cumplen los requisitos de energía hasta cierto punto, la batería de litio no se puede satisfacer.

Pero también estoy en desacuerdo con que el hidrógeno es la "fuente de energía máxima" y el coche de pila de combustible de hidrógeno es el "vehículo de protección medioambiental definitivo". Tanto el hidrógeno como la electricidad son portadores de energía y no existe una teoría "definitiva". Los automóviles pequeños requieren menos energía y las baterías de iones de litio pueden desempeñar un papel más importante. Por tanto, en el caso de los vehículos de nueva energía, la electricidad y la electricidad pura coexistirán en el futuro.

Caijing: ¿dónde está el futuro equilibrio de costes entre las pilas de combustible y la electricidad pura para los vehículos de pasajeros?

Ouyang Minggao: Hay estudios que sugieren que para 2025, 350 kilómetros pueden ser el equilibrio entre elegir un automóvil de celda de combustible y un automóvil de batería eléctrica para automóviles por encima del promedio. El kilometraje supera los 350 kilómetros y el coste de la pila de combustible es mejor; Dentro de los 350 kilómetros, las baterías de litio tienen una ventaja mayor.

Ahora nuestra red ferroviaria de alta velocidad desarrollada puede satisfacer plenamente los viajes de larga distancia de las personas, por lo que no hay muchas extensiones de vehículos eléctricos de kilometraje ultralargo. En el futuro, la energía del hidrógeno se puede desarrollar hasta cierto punto. Las pilas de combustible se pueden utilizar como extensiones para las baterías de iones de litio, aumentando el kilometraje mediante la mezcla eléctrica y electrónica y reduciendo el uso de la batería.

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