從一家瀕臨倒閉的區辦小廠,靠科研創新開辟“氟”資源,崛起為全球無機氟化工行業領軍企業

用8年時間研制鋰電池電解液核心材料,打破外國企業壟斷,為我國實現新能源汽車強國夢奠定基礎

從單一的氟化工追蹤延伸成為“以新材料體系為支撐、以新能源汽車為引領、以電動汽車動力總成為核心”的新能源汽車全產業鏈

看到滿大街的電動自行車以及噪音小、無污染、節能環保的電動汽車,不少人都知道它們的動力來自蓄電池,比如鋰電池。然而,即便是化工行業的人,也有很多人不知道鋰電池有一種核心材料叫六氟磷酸鋰。

更鮮為人知的是,生產六氟磷酸鋰的技術,曾長期被外國企業壟斷,直到一家民營企業苦心鉆研8年,終于攻克難關,打破壟斷,讓中國不再望“鋰”興嘆。

這家企業的產品不僅占據了國內市場,還打入包括日本在內的國際市場。它還讓六氟磷酸鋰的售價從100萬元/噸降到了10余萬元/噸,讓“鋰”進入平民時代。

“你讓中國人挺起了腰桿”

歷史上劉備為請諸葛亮出山“三顧茅廬”的故事家喻戶曉,可1994年在河南省焦作市,卻上演了一個“六顧茅廬”的真實故事。

當時,44歲的李世江正擔任焦作市石油化工二廠廠長,事業順風順水。可焦作市中站區的領導前后6次邀請他“出山”,到一家瀕臨倒閉的區辦化工小廠——焦作市冰晶石廠工作。因為他們認定李世江是一個不甘平庸、敢想肯干的人。

李世江17歲當兵,22歲退伍后曾在老家溫縣一家化肥廠當臨時工。因年輕時中斷了學業,他擠出所有時間拼命學習,最終在36歲那年以半聽課半自學的方式考上廣播電視大學,畢業后正式成為一名國家干部,完成了人生道路上的重大轉變。

李世江一上任,就找到了冰晶石廠的發展瓶頸。冰晶石又名六氟鋁酸鈉,是鋁工業必不可少的助熔劑。李世江用新的生產工藝代替落后生產工藝,讓這個瀕臨倒閉的小化工廠重燃希望。

1999年12月,借助國家給予的800萬元國債資本金支持,經過嚴格法律程序,焦作市冰晶石廠華麗轉身,改制成為多氟多化工有限公司,并利用國家資金成功使新工藝實現工業化。

研發過程中,多氟多發現“鋰”和“氟”組成“電化學可逆電池”能量最高,適合做鋰離子電池的電極材料,于是,進軍新能源成為多氟多公司的新目標。

2006年,李世江到日本訪問,同行的一位老專家在聊天時告訴他,鋰電池是人類未來的新能源,鋰電池電解液的核心材料叫六氟磷酸鋰,目前只有日本能批量生產,國內鋰電池生產企業使用的原料全部依賴進口。

這激發了李世江研發創新的決心,回國后,他立刻調集精兵強將,成立六氟磷酸鋰攻關小組。

因為國外的技術封鎖,他們沒有任何經驗可借鑒。從2006年開始,多氟多攻關團隊經過上千次試驗,先后突破了原料提純、密封阻隔等技術難關,首創了工業無水氫氟酸等新型原料途徑,而且從產品工藝到設備制造,多氟多取得了完整的知識產權,終于摘下了這顆“皇冠上的明珠”。

日本公司不愿把市場拱手相讓,很快就打起了價格戰,想把多氟多扼殺在搖籃里。結果,多氟多不僅取得了完全勝利,而且還開啟了六氟磷酸鋰的低價時代,使全球六氟磷酸鋰的售價從原來100萬元/噸直線降至現在10余萬元/噸,讓鋰電池真正放下高貴身段,走進了億萬百姓的生活。

從開始攻關到正式量產,再到把日本產品擠出中國市場,多氟多人頑強拼搏了8年。現在,多氟多已打入包括日本在內的國際市場,目前國際市場占有率高達25%,產銷量居全球第一。據估算,國內每3塊鋰電池中就有1塊用的是多氟多的六氟磷酸鋰,全球每4塊鋰電池中就有1塊用的是多氟多的六氟磷酸鋰。

一位老工程師對李世江說:“你沒做六氟磷酸鋰的時候,我每年要到日本3次,跟人家說好話,花費幾倍的高價還不肯賣給我們產品；等你的六氟磷酸鋰做出來以后,日本人每年來我這3次,給我說好話,讓我用他們的產品。你讓中國人挺起了腰桿!”

廢料開“氟源”,氟鋰妙“結合”

元素周期表上,有三個極難馴服的化學元素:氟、鋰、硅。就像神話傳說里的孫悟空一樣,它們鬼怪精靈但魔力巨大,一旦馴服它們,便可造福人類。100多年來,無數有識之士都想馴服它們,無奈很難找到如來佛祖的神掌魔法,只能“望表興嘆”。

20余年間,多氟多無意中與氟、鋰、硅結緣,書寫了一段“氟鋰妙結合、氟硅巧分家”的行業傳奇。

上世紀90年代,李世江被派到北京原化工部見習鍛煉。期間,他看到一份《無機氟化鹽發展策略》,提出中國無機氟發展的道路不能再走犧牲國家重要戰略資源螢石的老路,可以利用磷肥副產的氟來做氟化鹽。

李世江到冰晶石廠一上任就發現,廠里居然還一直沿用著原蘇聯的原始生產工藝——螢石氟鋁酸法生產氟化鹽。隨后,他聘請化工專家擔任顧問成立攻關小組,經過一千多個日日夜夜艱苦卓絕的技術攻關,1999年終于有了成果:用磷肥廢料中的氟硅酸鈉生產出了冰晶石,然后再用硅渣去生產白炭黑。這就是后來成為我國氟資源循環經濟和技術創新典范的“氟硅酸鈉法制取冰晶石聯產優質白炭黑生產技術”。

這項技術不僅解決了長期困擾和制約我國磷肥發展的“三廢”污染問題,而且開辟了新的“氟”資源,節約了國家戰略資源——螢石,走出了一條新型氟化工的創新之路,被原國家計委列為“國家高技術產業化示范工程”。從此,一個個創新產品、一項項技術專利、一條條行業標準,讓這個名不見經傳的區辦小廠,一舉成為令國內外矚目的世界氟化工基地。

從一開始,多氟多就在企業種下了創新的基因,隨后主導的“氟鋰結合——生產六氟磷酸鋰”研究成果,被評為中國石油和化學工業聯合會科技進步一等獎,被評為國家科技進步二等獎,被科技部和國家發改委分別列入國家“863計劃”和國家戰略性新興產業。

“技術開發不易,但把新產品新工藝工業化更難。大部分項目在這個過程中‘瞎’掉了,從某種程度上說是一個‘死亡陷阱’。比如說,在實驗室從燒杯到燒杯,可以不考慮溫度問題,晃晃就涼了,可一旦進行工業化生產,不解決溫度過高的問題,設備是要炸的。”中國石油和化學工業規劃院院長顧宗勤深知技術創新之艱。

多氟多人硬是一關一關闖了過來。2008年多氟多建設了年產2噸的六氟磷酸鋰實驗裝置,2009年建成年產200噸的生產線,2013年年產2000噸的生產線投產,基本占領國內市場。2017年已形成年產6000噸高純晶體六氟磷酸鋰的生產能力,產銷量全球第一。六氟磷酸鋰的橫空出世,為我國實現新能源汽車強國夢奠定了基礎。

從走上創新之路,多氟多以令人難以置信的速度銳意創新,做到了冰晶石全球第一、氟化鋁全球第一、六氟磷酸鋰全球第一,成為無機氟化工行業的領軍企業。

“轉型升級,沿途下蛋”

如今,多氟多人把目光從氟、鋰又投向了硅。李世江敏銳地發現,現在是碳基文明向硅基文明轉變的時代,技術創新也必須在硅基文明的基礎上向前發展。

硅作為一種半導體材料,是光伏、芯片產業必不可少的原料,但對硅的純度要求比較高。多氟多的“氟硅巧分家”,就是以氟為媒介,把高純度的硅分離出來,制作單晶硅、多晶硅等。

2017年,面臨破產的中寧硅業突然闖入李世江的視野,讓他眼前一亮。“中寧硅業生產的產品有電子級多晶硅、電子級硅烷和四氟化硅,這3個產品用在半導體、液晶面板和光伏行業,產品質量都能達到國外的同等水平。”

當破產消息傳出時,年近古稀的李世江幾次上門交涉,終于用誠意打動了中寧硅業的高管。今年3月份,兩個技術創新型企業最終惺惺相惜、牽手合作。

多氟多從研究“氟、鋰、硅”三個元素出發,分別應用于鋁電解槽電池、鋰離子電池和光伏電池三種電池,構成了新能源制能、儲能、節能三個要素。研發電池的同時,延伸研究了電機、電控,掌握了電動汽車的核心動力總成,以此為基礎,追蹤研究了“車身輕量化、動力電氣化、整車智能化”這三大新能源汽車技術。多氟多通過一步步穩扎穩打的研發成果,最終形成了“以新材料體系為支撐、以新能源汽車為引領、以電動汽車動力總成為核心”的新能源全產業鏈。

2010年,多氟多研制出完全擁有自主知識產權的動力鋰離子電池,如今已形成年產6億AH的動力鋰離子電池生產能力。2015年7月,多氟多收購河北紅星汽車制造有限公司,取得了電動汽車整車的生產資格。2016年11月,多氟多新能源汽車動力總成產業園在焦作市工業產業集聚區西部園區開工建設,該項目是國家“一帶一路”配套項目,是中國制造2025智能工廠,更是李世江和多氟多人的夢想工廠。

“轉型升級,沿途下蛋”,從氟化工到新能源,多氟多走出了一條獨具特色的轉型升級之路,在科技創新領域濃墨重彩地寫下了由“中國制造”向“中國創造”轉變的“多氟多方案”。

“創新沒有回頭路,強烈的創新愿望比創新更重要。”李世江笑稱多氟多人創新都“上了癮”,已經成了一種企業文化。

呼吁打造“技術創新生態系統”

“半導體行業有句俗話:入門要5年,10年磨半劍。”李世江告訴記者,“行業發展的難點主要是,國內的半導體企業不愿意使用國產的化學品。”

多氟多就遇到了這樣的難題。在研發半導體原材料時,多氟多開發出了電子級氫氟酸生產新工藝,并同時建立了萬級清洗、千級灌裝、百級分析室、電子級自動灌裝線,再次打破我國原材料長期依賴進口的局面,實現國產化學品的世界級、中國造。電子級氫氟酸廣泛應用于集成電路和超大規模集成電路芯片的清洗和蝕刻,是微電子行業制作過程中的關鍵性基礎化工材料之一。

令人尷尬的是,技術創新雖然成功了,但市場開發卻“遇了冷”。據了解原因有三:一是芯片制造企業壓根兒就不相信國內企業能做到進口產品的質量,都不愿意做“小白鼠”；二是電子級氫氟酸只占芯片制造成本的1.2%,而測試周期卻需要1年之久,芯片制造企業不愿意花費大量的財力物力去評估；三是半導體芯片制造工藝有成百上千道工序,對電子級氫氟酸的穩定性要求非常高,一旦出問題損失太大,所以沒人愿意冒險換成國產產品。

一方面是國內半導體芯片企業對合格原材料的渴求,另一方面卻是國內原材料生產廠家因產品難以推廣而生存艱難,這就是半導體原材料國產化面臨的困境。

據悉,國家已經采取了一些措施:去年國家成立了5個億的保險資金對這些應用在半導體行業的新產品進行投保,如果芯片企業用國產原材料出了問題,國家險資可承擔80%的損失,企業只需承擔20%的損失,但這一措施還沒有推廣開來。

由于在六氟磷酸鋰的研發推廣過程中與國外企業較量過,李世江感受頗深,“對于技術創新型企業,一方面要給時間,另一方面還要給政策,只有打造一個良好的技術創新生態系統,才能真正建立起中國的自主知識產權體系。”

記者盧剛