在有關(guān)電池的實(shí)用性上，不少日本研究人員作出了巨大的貢獻(xiàn)。今天下午，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)將在瑞典揭曉，日本對(duì)此期望很高。下面大致梳理了該國在電池應(yīng)用方面的研究和發(fā)展。

（來源：微信公眾號(hào)“微鋰電” ID：V-lidian 作者：蔡雅倩）

已知，電池由正負(fù)兩個(gè)電極組合而成，要將其小型化，就必須使用能夠產(chǎn)生高電壓的電極，如果把易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的鋰作為電極，就可以在鎳鎘電池等上進(jìn)行循環(huán)，但是，鋰元素如果直接用于金屬的話，又有起火的危險(xiǎn)。

70年代后期，英國牛津大學(xué)教授約翰•古德伊納夫（John Goodenough）等人發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可用于二次電池的正極，20世紀(jì)80年代，研究人員“希望制造出小而輕，可以多次重復(fù)使用的安全電池”由此產(chǎn)生了可充電電池(二次電池)。85年，旭化成名譽(yù)院士吉野彰發(fā)現(xiàn)了正極為鈷酸鋰，負(fù)極為碳材料的組合，由此獲得了新型電池的專利，這是目前鋰離子電池的原型。

正極的開發(fā)有日本人的貢獻(xiàn)

根據(jù)日本朝日新聞報(bào)道，最先想到在正極使用鈷酸鋰的其實(shí)是當(dāng)時(shí)在古德伊納夫手下的東芝的水島公，他是調(diào)查物質(zhì)的物性物理學(xué)的研究者。

水島面臨的課題是開發(fā)可重復(fù)使用的充電電池(二次電池)電極。他首先瞄準(zhǔn)的是高性能的鋰電池，但是在電極上的金屬鋰元素容易導(dǎo)致短路，有起火或爆炸的危險(xiǎn)，而用化合物的話，安全性會(huì)較高。硫化物作為正極電極，在當(dāng)時(shí)最有希望，但在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，于1978年夏天在實(shí)驗(yàn)室發(fā)生了爆炸事故。

水島于是放棄了硫化物，在古德伊納夫的建議下，決定用氧化物制造硫化物，雖然不太了解電池，但在日本進(jìn)行的鐵體研究中，他對(duì)氧化物的性質(zhì)非常了解。

在嘗試了數(shù)個(gè)材料做了大量實(shí)驗(yàn)后，有一次使用鈷酸鋰時(shí)，水島發(fā)現(xiàn)電流很大，由此發(fā)現(xiàn)可作為鋰離子電池的正極。但是，當(dāng)時(shí)一直沒有發(fā)現(xiàn)能與正極組合的負(fù)極材料，人們也無法想象鋰離子電池有一天會(huì)真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

被鋰離子電池改變的社會(huì)

體積小、重量輕、持久耐用”等因素一直是鋰離子電池的特點(diǎn)，與鎳鎘電池相比，儲(chǔ)存同樣容量的電，前者無論是在大小還是重量上都只需三分之一，而且可充電次數(shù)加倍，這一優(yōu)點(diǎn)使得鋰離子電池被應(yīng)用在手機(jī)上，從而推動(dòng)了手機(jī)的普及。

根據(jù)微鋰電團(tuán)隊(duì)了解，1987年推出的初代手機(jī)只有900克左右，使用的是鎳鎘電池。95年左右配備鋰離子電池的手機(jī)重約150克，后經(jīng)過不斷改良，鋰離子電池變得更小更耐用。

靠著其領(lǐng)先世界的電池技術(shù)，鋰離子電池的生產(chǎn)也持續(xù)增長。根據(jù)日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的調(diào)查，2018年鋰離子電池的國內(nèi)銷售數(shù)量為13億3千萬個(gè)，是20年前的5倍以上，而電的總?cè)萘渴钱?dāng)時(shí)的17倍。

鋰離子電池巨大成就的背后，也發(fā)生了手機(jī)和電腦起火、異常發(fā)熱等問題。2013年，該國一架噴氣式客機(jī)飛行時(shí)，機(jī)體上的鋰離子電池也出現(xiàn)了冒煙的情況。為了防止發(fā)熱和短路，日本采取了多種安全措施。

電池發(fā)展現(xiàn)狀

電動(dòng)汽車(EV)和蓄電系統(tǒng)等用途也變得多樣化。根據(jù)富士經(jīng)濟(jì)(東京)的調(diào)查，18年世界市場規(guī)模約為4兆日元，預(yù)計(jì)到2022年將超過7兆日元，其中約一半用于汽車。

從世界來看，英法政府于2017年宣布，到2020年為止，將禁止以汽油等方式驅(qū)動(dòng)的車輛的銷售。世界第一和第二大經(jīng)濟(jì)體中國和美國也強(qiáng)化了對(duì)汽油車的限制，電動(dòng)汽車普及的步伐由此加快。

電動(dòng)汽車電池還能成為家里的電力來源。如果太陽能充電系統(tǒng)得到普及，不依靠汽油、石油等礦物燃料的能源“地產(chǎn)地消”將成為現(xiàn)實(shí)。汽車和住宅企業(yè)也開始了電動(dòng)汽車和太陽能發(fā)電等的配套服務(wù)。

電池用于智能手機(jī)和電動(dòng)汽車，其基本功能不變，但是動(dòng)力電池對(duì)于溫度變化、沖擊的耐受力有很大的要求。另一方面，作為正極材料使用的鈷等原料的供給源有限，因此存在環(huán)境破壞和價(jià)格暴漲的憂慮。

為此，使用鎳和錳等代替鈷的電池已進(jìn)入實(shí)用化階段，電極間的電解液也將替換為固體，新型鋰離子電池的研究也將得到進(jìn)一步推進(jìn)。

鋰離子電池的發(fā)明人吉野彰曾表示，“鋰離子電池是世界走向移動(dòng)IT社會(huì)的時(shí)候產(chǎn)生、成長起來的”，“希望這樣的電池能成為解決環(huán)境問題的基礎(chǔ)?！?/p>

吉野彰早前被日媒認(rèn)為有可能獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，但其對(duì)電池領(lǐng)域的巨大貢獻(xiàn)，是無法單純用獎(jiǎng)項(xiàng)來定性的。

原標(biāo)題:諾獎(jiǎng)?lì)C發(fā)在即 期望很高的日本對(duì)鋰電池正負(fù)極做了哪些貢獻(xiàn)？