善陽國（선양국的音譯）是韓國漢陽大學能源工學系教授，早在電池市場繁榮之前，他就從事充電電池的材料方面的研究，是韓國充電電池方面的權威。在他20多年的研究生涯中，僅關於充電電池的論文就發表了約630多篇。國際資訊資料研究分析公司Claribate Analytics在11月18日發表的論文被引用次數超過1%的研究人員(HCR)中，善教授在化學和材料科學兩個領域榜上有名。善教授對記者詼諧地說：“我的內燃機汽車已經開了23年了，現在還非常結實”，“如果電動汽車想取代這臺內燃機車，就得把它目前只有10年的壽命再提高才行”。

據全球市場預測機構（BNEF）發表的報告顯示，僅2019年，全球就銷售了約210萬輛電動汽車。雖然目前銷售的汽車中電動汽車所佔的比例微乎其微，但報告預測，到2040年銷售的汽車中，將有58%的是電動汽車。

隨著電動汽車市場的快速成長，充電電池產業將成為未來的增長點。韓國的三星和SK、LG、樂天、浦項鋼鐵已經開始生產充電電池或者是用於充電電池的核心材料。在韓國的10大企業中，已經有一半的企業投入到了充電電池產業之中。當前，中國、美國、日本也開展了競爭，誰只有開發出高效能的充電電池，他才能佔據未來市場。根據韓國電池市場調查企業SNE的調查資料預測，2021年韓國的電池市場規模將達到64萬億韓元。

研究人員正在用電子顯微鏡觀察陽極材料的粒子形狀。

○ 決定充電電池效能的“陽極材料”

韓國的科學技術資訊通訊部為了取得世界水平的成果，成立了10個‘全球尖端事業團’，其中的‘混合連結基礎未來材料研究團’就是運用混合界限面技術研究電動汽車的電池材料的。善教授的研究領域是‘陽極材料’，它是充電電池的核心材料。

充電電池與用後扔掉的一次性電池不同，它是透過陽極和陰極中發生的原子氧化和還原反應實現充放電的電池。因為通常使用鋰元素，所以也稱之為“鋰離子電池”。

鋰離子電池的內部有電解液，離子可在其中游離，電解液中的陽極和陰極之間設有晶隔。放電時，把從陰極向陽極供電的裝置連線起來，陰極中的鋰原子被離子化後就會釋放出電子流入該裝置，從而形成電流。同時，透過電解液流向陽極的鋰離子與經過裝置遊移過來的電子相結合，又重新回到鋰反應堆。在充電時，這個過程會反過來進行，回到初始的狀態。

這時形成陽極的物質就是“陽極材料”，形成陰極的物質“陰極材料”。電動汽車要想透過一次充電達到內燃機汽車所能行駛的距離，陰極材料上就要捕獲儘可能多的鋰原子，而陽極材料必須能夠抓住鋰離子。雖然透過增加陰極和陽極材料的量就可以滿足這個條件，但由於電池重量的增加，電力消耗也會增大，其結果就會被相互抵消。

由於這個原因，對於充電電池的研究實際上就是陽極材料和陰極材料的研究，其中陽極材料極其重要。現在使用的陽極材料每克1小時的電流流量是200mAh，陰極材料是每克360mAh左右，“陽極材料的效能不如陰極材料，所以要在陽極材料上面下更多的功夫。搞定陽極材料要比陰極材料困難得多。陰極材料主要是由碳構成的，價格便宜，到處都能找到；而陽極材料則是把鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）、鋁（Al）等材料和鋰混合而成。

電池的名稱也是以三種物質中含量較高的物質而命名，松下的陽極材料用的是NCA（鋰鎳鈷鋁），LG則是NCM（鋰鎳鈷錳）。各家公司所採用的主要成分不同的原因，就是根據不同成分的含量，電池的效能會千差萬別的緣故。如果鎳含量高，電池的容量就會增大；如果錳含量高，電池的造價就低，在發熱方面就會更安全；鈷很貴，如果使用的比率大，電池的壽命就會增加。

○ 在材料的臨界上開發“濃度搭配型”的陽極材料

要想生產出能夠長距離行駛的電動汽車，按說只要提高陽極材料的鎳含量就可以實現，但這樣一來又會引發出幾個附帶的問題。最具代表性的就是，充放電次數越多，電池的容量就會越小。

如果將鎳的含量提高到90 -95%的話，容量就會急劇減小。產生這個現象的原因存在於陽極材料的結構上面。圓形的陽極材料粒子的截斷面就像被剛砍下來的樹枝的斷面一樣光滑。但是經過反覆充放電以後，它就如同海面上的浮冰出現了裂縫，被撞成了碎塊。滲透到這些碎塊之間的裂縫中的電解質會和反應強烈的鎳發生反應，從而降低了陽極材料裡的鎳的含量，隨著裂縫的不斷產生，造成了陽極材料體積的持續減少。因此，鋰離子進入的空間就會產生不足，電池容量不可避免地減少了。

可是究竟如何克服這個問題呢？善教授拿堆放長條的木頭和圓石頭打了個比方，‘把長條的木頭堆放在一起時，由於整體結構比較結實，所以不會被輕易推走和移動；可是如果把一些圓石頭堆放在一起時，可能風就能把它吹倒’。利用這個原理做成的陽極材料就叫做“濃度搭配型”。“濃度搭配型”的陽極材料是利用把決定電池容量的鎳聚集在中心，把左右電池壽命和穩定性的錳和鈷包裹在其外面的方法做成的。做成這種形態的陽極材料即使充放電時產生裂縫，它也會裂成細長的碎片。就像長木頭那樣，它是很牢固的，陽極裡的鎳的損失比原來的要少得多。結果就是，雖然陽極材料的成分相同，因為使用了“濃度搭配型”的方法，容量減少現象就會大大得到改善。

善教授在2005年開發出了第1代“濃度搭配型”的陽極材料，以後又開發出了第2代和第3代，在2015年研製成功第4代“濃度搭配型”的陽極材料。隨著一代一代向前推進，鎳、錳、鈷之間的界限也逐漸明朗，透過不斷變更，進一步提高了電池的效能。善教授表示：“在電動汽車上如果使用“濃度搭配型”的陽極材料製作的電池，充一次電就可以行駛600公里以上，即使用上10年，電池的效能也能保持在90%以上”。

“濃度搭配型”陽極材料的穩定性也在不斷提高。把這種電池充滿電，用尖銳的工具將其刺穿，然後觀察它的溫度變化。結果溫度僅上升到了70度，而且沒有起火。如果這種情況發生在一般電池上，溫度很快就會超過400度。

韓國漢陽大學能源工學系的教授研究團隊