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    中国锂电池产业已是世界第一!接下来怎么办?(2)

    发布日期:[2020-08-26]
    中国有6个锂电池企业位居动力电池世界市场占有率前十。中国宁德时代是百分之37.23%,稳居第一,日本松下公司只有21.54%,排名第二,但是差十几个百分点。

    中国锂离子电池产量为什么能够世界第一?这要从开始来讲起。

    中国锂电池研究并不晚,几乎和世界同步。1976年的圣诞节之,那时候德国还没有统一,东德、西德是分开的。当时发现他们全所上下都在研究氮化锂晶体的性能,为什么大家对氮化锂这么感兴趣?当时才知道氮化锂是一个离子导电的材料,据说是一种叫超离子的导体,可以用来作汽车的电池

    他们的研究所有个开门办所,有一天对社会开放,他们就把这个氮化锂,这一个类似于扣子似的小电池摆在桌子上,旁边放了一个铅酸电池。一个铅酸电池很沉,一个扣式电池很轻。从晶体生长改到新的学科,叫固体离子学。

    1991年索尼公司宣布产业化以后,物理所迅速跟进了。怎样能够迈出产业化的第一步。研究的单位是把钱变成知识,如果投资的单位是把技术变成钱。怎么想办法能把知识变成技术,就是怎么能够衔接上。

    很快1995年第1块锂电池就从中科院物理所诞生了。当时的这个手机叫“大哥大”,可能年纪稍稍大一点知道,“大哥大”就是像一个砖头一样的一个手机,当时拿个“大哥大”是一种身份的象征。A型锂离子电池就是“大哥大”的电池。中科院鉴定以后认为,当时这个水平达到世界先进水平,可以再进一步往下走,这就是当时怎么样从知识变成了技术,走出了这一步。

    现在有一种观点说锂电池是日本人发明的,中国在锂电池方面技术不行,只是在应用水平上比较领先。锂离子电池的发明肯定不是日本人,要不诺贝尔奖怎么是给两个美国人和一个日本人。所以说锂离子电池是日本人发明的这个话不完全对,可以说锂离子电池是日本人先产业化的,这句话是对的。


    日本人最早1991年宣布产业化,市场占有率是100%,然后一直往下掉,现在还在往下掉。连索尼公司都不做锂离子电池了,它的锂离子电池卖给了另外一个公司。韩国人跟中国人是往上走的,到2014年我们中国的动力电池、锂电市场份额已经超过了日本跟韩国,处于世界的第一位,现在还在往上升。

    我们锂电池技术从目前发展的情况来看是不错的。实际上是学术界、工程界和产业界的一个合作,是研究院所和大学的通力合作,高度重视原始创新、基础研究和应用研究紧密结合,加快研究成果的产业化进程。

    Goodenough(约翰·古迪纳夫)发现了普遍使用的正极材料钴酸锂还有磷酸铁锂,但这两种材料都有缺点。钴酸锂实际上只能取出0.5摩尔的锂,而磷酸铁锂实际上是个绝缘体,都有缺点。我们想办法找出它的缺点,然后通过理论计算和试验相结合进行了改性并且取得了专利权,这个专利权对于我们锂离子电池的发展起了非常重要的作用。

    前几年比利时的五矿公司要到中国来收锂离子正极材料知识产权费,据说是一吨要收5万。做钴酸锂三元材料大概一吨的利润可能也不到5万,他们就到海淀知识法庭把我们告了,后来中国的做正极材料的企业联合物理所和他们庭外和解,因为我们有这个专利,所以他们再也没有提要收专利费的问题。看得出来,不是我们的原创材料,但是我们做了工作,我们也申请了我们的专利,对于保护我们自己的企业是很有好处的。

    第二个例子就是磷酸铁锂。它是个绝缘体,我们通过理论计算,它是个一维的离子导体,如果说你在锂位掺上铬这种大的离子的话,就把这个锂的通道堵塞了,这样是不行的,没法用。后来就有人又提出来一个在铁位掺钠。铁位掺钠的时候,颜色变黑了,电导率也提高了几个数量级,它的离子电导率和电子电导率都挺好。所以法国和德国科学家认可这个工作,这是唯一的一条可行的路,打破了国外的原始专利对磷酸铁锂材料的垄断。这样才有我们现在各锂电池企业在相当大量地使用磷酸铁锂材料,不受国外知识产权的影响。

    从这两个例子可以看得出来,虽然我们没有做原始创新,但是我们给它改性、再创新了,也是非常重要的。

    刚才讲的是两个正极材料,那么现在我讲负极材料,这是我们的原始创新了。清华大学很早就申请了天然石墨做锂离子电池负极的专利。两年前,它申请了国家的发明奖,这个发明奖就等于是承认了我们用天然石墨做锂离子电池的负极是我们的知识产权。光有石墨还不行,石墨的容量是比较低的,372毫安时每克。硅的容量实际上是相当高的,那么硅能不能够作为锂离子电池的负极呢?1999年我就做了这个工作,申请了第一个专利。所以国际上第一个硅作负极的专利是我们申请的,这个是美国人也承认的。但是你要把它用上,还是相当困难的。从几百毫克到几百公斤,用了17年的时间,这17年我们走的路从文章变成技术,然后变成产品,变成市场。

    我们现在的原材料基本上是已经国产化,进口的量已经相当少,同时我们的设备绝大部分也都是国产化的设备,更不用说员工的技术,现在基本上都是我们自己培养的技术。

    从手机、数码产品到电动汽车、轮船,锂离子电池已经在我们生活当中扮演着越来越重要的角色。但近些年,锂电池安全问题引发的事故同样令人印象深刻.三星手机电池起火爆炸,电动汽车碰撞起火甚至自燃,波音787客机发生锂离子电池起火事故,生产生活受到新的威胁。除了安全问题,锂电池的续航能力、电池循环使用寿命有限等问题,也常常被人们所诟病。能否避免锂电池成为人们身边的“炸弹”?如何破解锂离子电池引发的各种“焦虑”?

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