诺奖背后,中国锂电池的得与失

发布时间:2019-12-01 12:08:21

10月9日,瑞典皇家科学院宣布,2019年诺贝尔化学奖将授予美国科学家约翰·古德托、斯坦利·惠廷翰和日本科学家阿基拉·吉野,以表彰他们对锂离子电池发展的贡献。

20世纪70年代,埃克森美孚公司的惠廷翰发明了锂离子电池。他用硫化钛作为阳极材料,锂金属作为阴极材料,制造了第一个锂离子电池。然而,这种锂电池的电化学性能极不稳定,在充电过程中很容易着火和爆炸。此外,在反复充放电的过程中,电池的容量衰减极快,不适合商业应用。

随后,古德托在这个难题上取得了技术突破,开发了可充电锂离子电池,并带领项目团队发明了可大规模生产的锂离子电池和磷酸铁锂电池。

1983年,吉野·阿基拉(·阿基拉)提出了今天已知的锂离子电池专利申请,采用了最初的概念,使其安全、高效、可靠,为锂离子电池的商业使用奠定了基础。1991年,日本索尼公司首次将开发了20多年的锂电池产品推向市场。

迄今为止,中国在锂电池行业的应用中最具影响力,在规模、消费市场和产业链方面均处于世界领先地位。然而,诺贝尔化学奖授予了来自美国、英国和日本的三位科学家。在他们的喜悦和祝福中,他们都伤害了中国锂电池领域的神经。

中国的确是一个锂电池大国,但我们离锂电池大国还很远。

电动汽车将“锂”推向高潮。

今年的诺贝尔化学奖落在锂离子电池上,这是人们普遍期待的。

重量轻、可充电、功能强大的锂离子电池已经完全改变了人类的生活,广泛应用于从手机到笔记本电脑和电动汽车等各个领域,能够储存大量太阳能和风能的能量,从而使无化石燃料的社会成为可能。同时,锂电池的发明和产业化也直接加速了全人类信息技术和新能源技术的发展进程。

目前,从主要应用来看,锂电池主要集中在两大领域:第一,手机和电脑等移动产品约占锂电池使用量的2/3,第二大领域是车载电池。

在一些人的印象中,电动汽车是最近几年才发展起来的新事物。事实上,电动汽车比燃油汽车出现得更早,在1912年之前一直占据着主导市场份额,1912年,由于技术和成本问题,电动汽车被历史淘汰。

目前,电动汽车的兴起主要是由于锂电池技术的成熟和商业化的提高。换句话说,电动汽车能否成为理想的汽车在一定程度上取决于能否找到合适的高能量密度电池。锂电池作为电动车的“心脏”,被视为新能源汽车产业的命脉。

与此同时,随着国家扶持新能源汽车产业政策的增加和人们环保意识的增强,全球新能源汽车市场进入了快速发展的通道。在此期间,几乎所有主要汽车公司都制定了电气改造战略。

相关数据显示,2018年,全球电动汽车销量超过200万辆,市场份额为2.1%,同比增长72%。华尔街研究公司伯恩斯坦表示,在未来20年内,电动汽车可能占到全球汽车销量的40%,全球汽车拥有量的30%。目前,电动汽车车载电池的成本已经占到三分之一,随着电动汽车的发展,车载电池的市场规模将进一步扩大,这是可以预见的未来。

在全球新能源汽车市场快速发展的带动下,动力电池领域已成为近年来推动全球锂离子电池市场快速增长的主要因素。

根据ggi的数据,2018年全球锂离子电池市场产量同比增长21.81%,达到188.80gwh,过去五年复合增长率为27.12%。ggi分析认为,未来五年,动力电池将继续成为锂离子电池行业增长最快的细分市场,其增长主要受世界各国和地区积极开发和推广新能源汽车的推动。

如何从一个大国走向一个强国?

锂离子电池产业自正式诞生以来,经历了三个阶段,即从日本垄断到日韩霸权,再到目前中日韩三方对抗。日本和韩国在技术研发和制造过程中具有一定优势。然而,中国在原材料、市场和政策方面具有优势,已经成为全球锂电池行业的领头羊。它拥有世界上最完善的锂电池产业链和最大的市场规模。它在地位上与日本和韩国的老牌锂电池巨头不相上下。

数据显示,目前,中国动力电池企业的产能已经占到世界总产能的70%以上。2018年,中国在全球十大动力电池出货量中占了七个。动力电池产业化进程居世界领先地位,龙头企业地位开始显现。

"比亚迪、宁德时代等企业都有很强的动力,技术水平也很乐观."刚刚获得诺贝尔化学奖的日本科学家阿基拉·吉野曾在一次公开的技术交流会议上评论过中国的两大电池公司。

我国动力电池技术水平迅速提高,部分指标达到国际先进水平。主要性能是动力电池的能量密度超过每公斤240瓦时。由于大规模生产,动力电池的成本也在迅速下降。动力电池的单位从2012年的5元/瓦时下降到目前的1元/瓦时左右。

然而,在最基本和最核心的层面上,中国并不具备技术优势,甚至与日本和韩国的电池行业仍有相当大的技术差距。在业内许多人看来,中国动力电池与日韩之间的差距,除了技术水平和制造工艺之外,在研发和管理方面要大得多,比如研发方面的重大技术突破和电池制造的合格率。

吉野秋叶还表示,尽管中国和韩国正在崛起,但日本的锂离子电池隔膜、正负电极等业务仍表现强劲。关键在于控制核心技术,尽管控制下游是理想的。

中国电动汽车100强委员会主席陈清泰曾认为,不断提高竞争地位最重要的是掌握核心技术,并有能力不断创造核心技术。「关键是汇聚优秀人才,维持足够的R&D投资。电池公司还将在国家支持下与高等院校和研究机构合作,开展动力电池基础研究。”

除了技术差距之外,我国的动力电池市场也正经历着供不应求和产能过剩并存的局面。数据显示,2017年中国的动力电池容量已超过200千兆瓦,但总容量利用率仅为40%。究其原因,市场两极分化明显,高端优质产品供不应求,低端产能销售困难,呈现结构性产能过剩。

随着电池技术的不断进步,车载锂电池的竞争将会越来越激烈。未来,动力电池能量密度的提高和成本的降低将成为市场竞争的焦点,也将是整个新能源汽车产业竞争的关键。随着市场竞争的加剧,一些低门槛、技术落后的动力电池企业逐渐被淘汰,行业重组加快。

值得一提的是,继锂电池之后,固态电池的趋势无疑将迎来下一个电池时代。日本新能源产业技术综合开发署(New Energy Industry Technology Comprehensive Development Agency)宣布,到2022年,该国部分汽车、电池企业和学术机构将共同开发并努力全面掌握固态电池相关技术。德国大众集团最近宣布投资1亿美元开发和大规模生产固态电池。

业内人士认为,中国企业进入固态锂电池领域相对较晚,主要由科研机构或高校支持,因此产业化进程相对缓慢。从全球角度来看,尽管欧美企业在这一轮竞争中失去了地位,但它们正在为下一阶段的竞争做准备,是潜在的强大竞争对手。

那么,中国准备好迎接锂电池之后的新一轮电池技术竞争了吗?

温/孙莉莉

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