鉅大LARGE | 點擊量：486次 | 2023年06月09日
鋰離子電池即將改變世界？
2019年諾貝爾化學獎為表彰鋰離子電池技術(shù)的不斷完善和進取，授予了約翰•b•古迪納夫、M•斯坦利•威廷漢和吉野彰。
氫氦鋰鈹硼碳氮氧氟氖鈉鎂鋁硅……，這是我們初中化學課腦袋發(fā)大也要背誦的元素周期表。氫是最活躍的氣體，鋰是最活躍的金屬，甚至與非常穩(wěn)定的氮都能發(fā)生化學反應(yīng)。用鋰來制造電池，假如沒有這些高尚的發(fā)明家，你的手機就如同一個打開保險蓋的手榴彈。
上世界70年代，人們將金屬鋰作為電極，研發(fā)出了鋰離子電池。但由于鋰的活躍性，電池起火爆炸問題難以處理。
古迪納夫可以算是一個雜家出身。在大學學習過古典文學、哲學、數(shù)學，僅僅修過兩年化學課。二戰(zhàn)中參加美軍，在太平洋戰(zhàn)場上從事氣象數(shù)據(jù)收集。戰(zhàn)后回到大學學習物理，博士卒業(yè)后又去研究固體磁性。1976年他54歲，進入牛津大學無機化學試驗室當主任，才算開始將研究范疇轉(zhuǎn)入電池。到上世紀80年代，古迪納夫發(fā)明了相對更加穩(wěn)定的鈷酸鋰材料，大幅度降低了鋰離子電池易燃易爆的幾率，算是把手榴彈的保險蓋又蓋上了，使其能夠成為一種實用的產(chǎn)品能夠進入我們的生活。
顯然，在古迪納夫眼中，鈷酸鋰遠未達到理想的狀態(tài)。1997年，75歲的他又拿出了磷酸鐵鋰材料的發(fā)明，進一步提升了鋰離子電池的安全性。至此，他被譽為鋰離子電池之父。在90歲的時候，他再次公布了更安全、更廉價、更實用的全固態(tài)電池技術(shù)，避開了鋰離子電池內(nèi)電解液可能帶來的不安全性，算是可以徹底不用擔心手機變成手榴彈了。而今年獲得諾貝爾獎，他已97歲。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
懷廷漢姆研究用層狀材料制造電極，將鋰離子存儲在鈦硫化物的片層內(nèi)。鋰離子可以從一個電極穿梭到另一個電極，從而形成可充電電池。吉野彰研究將碳基材料為陽極用于鋰離子電池，再用鈷酸鋰為陰極，去除電池中的易燃易爆的金屬鋰，提高了安全性，使鋰離子電池更加實用。正是他們鍥而不舍的研究，將鋰離子電池成為改變我們生活最重要的發(fā)明之一。
今天，鋰離子電池儲能技術(shù)已經(jīng)極深地滲透到我們社會生活的方方面面。30多年前，我曾經(jīng)是一個職業(yè)新聞攝影記者，一個頭疼的問題是要怎么樣保持閃光點有充分電力完成采訪。當時我們使用鎳氫儲能電池，一組四個充電電池只能保證不到一個膠卷36張的閃光照明，而且價格很貴、壽命很短。電池還有記憶，充電前要先放電，一組電池連放帶充要十幾個小時，麻煩無比。若閃光燈不亮了，你就拍不到要的照片，回來就無法向總編交差。那時每次出門都要帶上一大堆蓄電池，還要帶上干電池備用。而今天，假如使用鋰離子電池基本不用擔心這種問題。同時，技術(shù)的急速進步已將新聞攝影記者這個職業(yè)基本淘汰，任何一個記者甚至一般人都可以拿一部智能手機搶拍和公布最及時的新聞圖像。
今天，我們的手機鋰離子電池儲電量都已超過4000mAh，讓手機不僅是一個電話，而且成為幾乎無所不能的智能信息終端。在高強度使用的情況下也可支持近十個小時，而且隨時可以快速充電，極大的方便了我們的生活，以至于我們拿一部手機就可以行走天下。
1990年，我們在美國見到的第一個手提電腦，要賣2000多美元，CPU是386SX，速度惟有16M，電池僅能為維持運行40分鐘，而且不到1年就要更換新電池，換一塊電池要幾百美元。而今天，很多筆記本和平板電腦只賣幾百美元，繼續(xù)使用8小時，重量惟有幾百克。這除了電子技術(shù)的進步，也有電池技術(shù)進步的支撐。
電池技術(shù)進步讓我們從互聯(lián)網(wǎng)時代走向了移動互聯(lián)時代，同時也改變了我們的交通和能源系統(tǒng)。日本曾經(jīng)組織專家評估電池儲能技術(shù)前景，多數(shù)專家不看好鋰離子電池，認為其安全性、儲能質(zhì)量密度、成本都沒有前景，所以日本車企押注氫燃料動力電池并重金投入。但是，沒有想到埃隆•馬斯克用日本自己加工的鈷酸鋰離子電池制造的電動汽車，一次充電居然可以行使600公里，基本替代了傳統(tǒng)汽車，讓氫燃料動力電池技術(shù)面對既生瑜何生亮的窘境。只能用免費供應(yīng)技術(shù)和分享專利來忽悠我國，希望以此分擔前期投入的成本。
埃隆•馬斯克說：不要相信業(yè)內(nèi)專家告訴你技術(shù)已經(jīng)登峰造極，任何技術(shù)都可能存在創(chuàng)新沖破的巨大空間。這一次三位老先生獲得諾獎，恰恰證明了馬斯克的判斷。鋰離子電池技術(shù)進步仍有巨大的空間，將顛覆的是整個世界。
我國國家電網(wǎng)在推進泛在能源互聯(lián)網(wǎng)，一個緊要的技術(shù)進步，就在于電力儲能技術(shù)的沖破。截至2019年六月，我國新能源汽車保有量達344萬輛，其中純電動汽車保有量281萬輛，占新能源汽車總量的81.74%。純電動汽車的性價比已經(jīng)接近甚至越過臨界點，預(yù)計2020年新能源車500萬輛保有量的目標有望實現(xiàn)。依據(jù)規(guī)劃，到2030年我國新能源車將達到2000萬輛，其中80%是純電動汽車。目前市場銷售的主力車型行駛里程已達到400-500公里，蓄電池容量60-80千瓦時。假如在每輛車每天在用電高峰時段向電網(wǎng)返送10千瓦時電力，就是1.6億千瓦的調(diào)峰容量，相當于現(xiàn)有抽水蓄能電站的5倍，將徹底顛覆既有電力系統(tǒng)的格局。
電網(wǎng)有足夠的調(diào)峰容量，就可以接納更多不穩(wěn)定不確定的光伏和風電，就會有更多的家庭和公司通過分布式能源加工可再生能源電力進行儲存或銷售。電動汽車充電電池在從汽車退役后，仍可以長時間持續(xù)使用于分布式儲能，使將來電力系統(tǒng)和今天的互聯(lián)網(wǎng)相同無處不在并實現(xiàn)移動互動。能源、信息、交通、建筑、工業(yè)和農(nóng)業(yè)，將因為電池而融為一體，實現(xiàn)泛在互聯(lián)，而鋰離子電池在其中擔負了至關(guān)緊要的任務(wù)。
我國要特別感謝約翰•b•古迪納夫、M•斯坦利•威廷漢和吉野彰這三位高尚的發(fā)明家，因為我國是這些技術(shù)的最大受益者。這不僅是因為我國是智能手機和筆記本及平板電腦持有量最多的國家，他們的技術(shù)改變了我們溝通、交流、學習的方式。而且，我國還是電動汽車保有量最多的國家，大量的電動汽車不僅顛覆了我們的交通方式，減少了對石油的依靠，也改善了我們城市的空氣質(zhì)量。同時，我國還是相關(guān)產(chǎn)品最大的加工國和出口國，為我們創(chuàng)造了大量就業(yè)、稅收和財富。
2018年全球前十大動力鋰電池加工商中，我國公司占據(jù)7席。其中，寧德時代電池出貨量全球第一，達到23.4GWh，第二名松下為20.7GWh，第三名比亞迪11.4GWh，第四名LG化學惟有7.4GWh，第7名三星SDI僅有3GWh。2019年1-八月，我國動力鋰電池裝車量超過GW的有三家。其中寧德時代遙遙領(lǐng)先，達到13.64GWh，實現(xiàn)裝車26.26萬輛，占據(jù)市場份額的45.5%。
到2020年，我國的鋰離子電池加工能力可以滿足116.21萬輛電動汽車的產(chǎn)量，其中58.02萬輛乘用車，58.19萬輛商用車。到2025年，將可滿足加工262.47萬輛電動汽車，其中150.67萬輛乘用車，112.07萬輛商用車。到那時，城市里的公交車和市政用車將可全部電動化，而大灣區(qū)、長三角和京津冀將可能率先實現(xiàn)交通零排放目標，城市空氣質(zhì)量將從根本上得以改善。
為此，我們應(yīng)當再一次感謝這些獲得諾貝爾獎高尚的發(fā)明家，感謝他們堅持不懈的努力，感謝他們用科學改變世界的精神。
