本年諾貝爾化學獎花落鋰電池研討，讓許多目光投向因鋰電池而改動的轎車業。雖然電動轎車的動力電池依然存在熱失控等問題，但挺過了漫漫鋰電池展開之路，全固態電池的新年代離咱們越來越近。

　　2019年度諾貝爾化學獎，頒發了美國科學家約翰·古迪納夫、英國科學家斯坦利·惠廷厄姆和日本科學家吉野彰，以讚譽三位科學家在鋰離子電池研製範疇的奉獻。

　　正是這三位鋰電池之父，帶領轎車工業敲開了新動力電動轎車的大門。而鋰電池帶給轎車業的是從化石燃料轉至清潔動力的跨越式改動。從鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池，到磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池，以及最新前沿的全固態電池，看似悠遠的諾貝爾光輝，現已照亮了動力電池工業。

鋰電池展臺。圖/視覺中國

　　漫漫鋰電池征途

　　縱觀鋰電池展開史，鋰電池在轎車範疇的初露臉，三位科學家功不可沒。首先要提及的是英國科學家惠廷厄姆，他選用硫化鈦作為正極資料，金屬鋰作為負極資料，製成了世界上首個新式鋰離子電池。

　　隨後，美國科學家古迪納夫等人發現錳尖晶石是優秀的正極資料，具有賤價、安穩和優秀的導電、導鋰功能，而這一資料成為了現在廣泛運用於出產日子中的鋰電池正極資料。繼惠廷厄姆創造晰可充電鋰電池後，透過重複試驗核算，古迪納夫發現了比從前的硫化鈦更適合做鋰電子電池陰極的資料——層狀結構的鈷酸鋰。

　　而日本科學家吉野彰則在古迪納夫的研討基礎上，發現了更適合的含鋰化合物陽極資料，確立了現代鋰電池的根本結構。吉野彰規劃的鋰離子電池以碳基資料為陽極，以鈷酸鋰為陰極，徹底去除電池中的金屬鋰，選用了含鋰化合物，提高了安全性。1991年，兩人協作創造的鋰離子電池被索尼公司推向市場，標誌著鋰離子電池的大規模運用。依據正極資料的不同，這種鋰離子電池被稱之為“鈷酸鋰電池”。

　　作為鋰電池的開山祖師，鈷酸鋰電池作為動力電池在電動轎車中的運用並不多。最早用於特斯拉Roadster上，但由於其迴圈壽數和安全性都較低，現實證明其並不適用作為動力電池。為了補償這一缺陷，特斯拉運用了聲稱世界上最頂尖的電池辦理體系來確保電池的安穩性，但仍無法脫節安全性的問題，尤其是在劇烈碰擊之下。安穩性和本錢問題阻止著鈷酸鋰電池的遍及，使其只能運用於日常3C產品之中。

　　隨後，新動力電動轎車也經歷過錳酸鋰電池年代，該電池由日本AESC提出，最早運用於日產聆風之上，價格低，能量密度中等，安全性也一般的功能，讓其逐漸被新的技能所代替。

　　磷酸鐵鋰電池的面世，才算是真實意義上改動動力電池出產和運用現狀。相較於鈷酸鋰的層狀不安穩結構，磷酸鐵鋰電池的空間骨架結構更安穩，鋰離子在骨架的通道中也能快速移動。一起，更為廉價的原資料價格，也讓磷酸鐵鋰製作本錢更低。

　　雖然磷酸鐵鋰電池至今仍經久不衰，但其能量密度較低也是不爭的現實。因而，雖然其具有高安全性，但其能量密度低會導致其裝機電池重量大，現在更多的是運用於新動力客車範疇。

　　但2016年以來，三元鋰電池開端進入人們的視界。三元鋰電池指的是陽極資料運用鎳鈷錳三種資料按必定份額混合調配的鋰電池，依據資料配比的不同分為不同型別，也因而具有了更多的研討拓寬方向。

　　在能量密度方面，三元鋰電池顯著地優於磷酸鐵鋰電池。並且由於研討尚處於開端階段，能量密度的提高乃至技能的打破或許更多，因而，三元鋰電池成為更多廠商的挑選。現在，幹流的動力電池製作商三星、LG化學、寧德年代等都將其作為主攻方向之一。

　　就現在的國內市場而言，三元鋰電池雖然鼓起較晚，但作為最新最搶手的動力電池挑選，裝機量仍不斷增加。高工工業研討院（GGII）最新發布的《動力電池月度資料庫》計算閃現，2019年1-8月國內動力電池裝機量約38.4GWh，同比增加66%。其間，前8月三元鋰電池裝機電量約為25GWh，同比增加85%；磷酸鐵鋰電池在新動力客車和專用車中裝機量比較大，逐漸回暖。

　　熱失控難以躲避？

　　但跟著電動轎車的鼓起，動力電池工業的快速展開，其問題閃現得也更快。

　　自燃問題首戰之地，熱失控成為電動轎車企業尤其是動力電池出產商最為困擾的問題。有研討標明，熱失控是引發電動轎車自燃的首要原因之一。在“第三屆世界電池安全研討會（2019IBSW）”上，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高表明，導致熱失控的原因中，正極釋氧、負極析鋰、隔閡潰散是三個首要原因。

　　理論上講，除了機械磕碰、充電過充等操作問題，正極和負極結合的時分，負極被氧化，正極釋氧與負極反響劇烈放熱，也或許導致熱失控。而跟著隔閡功能的不斷增強、正極三元資料鎳含量不斷提高、釋氧溫度不斷下降，正極資料熱安穩性也會隨之下降。

　　此外，歐陽明高表明，全生命週期安全性中最首要的影響要素就是析鋰，假如沒有析鋰衰減，電池安全性並不會變差。同樣是析鋰，析鋰的多少導致的效果顯著不一樣，析鋰多的放熱量大，分出鋰會直接跟電解液發作劇烈反響，引發許多溫升，將直接誘發熱失控。

　　古迪納夫曾在2017年2月承受訪談時表明，關於電動轎車中的鋰離子電池而言，問題就在於它運用的易燃性電解液，除了易燃性外，當金屬鋰和鹽分出構成枝晶之後，很簡單刺穿隔閡導致內部短路，引發焚燒；一起，鋰離子電池堅持長壽數的作業電壓很有限。

　　古迪納夫以為，鋰離子電池的安全問題現在仍是比較顯著，過度充電等問題很簡單形成鋰離子電池的安全性呈現問題。此外，辦理好電池也是電動轎車運用時的一大筆開銷。

　　全固態電池年代行將來臨

　　吉野彰以為，鋰電池未來運用於電動轎車等必然會有更多發展，假如將鋰電池運用於新用處、新範疇時，有必要進行技能改進，但關於鋰電池還有許多不知道事項。

　　古迪納夫正在進行的全固態電池研討，就是對鋰電池不知道事項的探尋。

　　全固態電池將原先的液態有機電解質換成一種全新的固態電解質。固態電解質不只可以確保原有的儲電功能，還能避免枝晶問題的發生，並且更安全，更廉價。現在困擾鋰電池的安全問題都將由於全固態電池的呈現而改進或處理。

　　在固態電解質挑選上，葡萄牙物理學家布拉加為其供給了一種具有傑出的鋰離子傳導才能的玻璃，古迪納夫立行將這種玻璃引進到全固態電池的研製中。

　　現在，全固態電池的研製已初露端倪，相關效果現已在多個威望刊物上得以展示。鋰離子電池乃至是動力電池的未來正在被這位97歲的科學家所改動著。

　　國內方面，寧德年代在聚合物和硫化物基固態電池方向別離展開了相關的研製作業並獲得了開始發展；國軒高科已在日本研討院展開相應固態電池技能研製。而萬向一二三和資料公司Ionic Materials對外宣告，一起開發出一款具有高能量密度、高安全且不運用易燃液體電解質的電池。此外，贛鋒鋰業與中科院寧波資料所協作共建的“固體電解質資料工程中心”也現已在全固態電池無鋰蒐集研討方面獲得發展。

　　國外方面，由日本新動力工業技能歸納開發組織牽頭出資100億日元，豐田、本田、日產、松下等23家日本轎車、電池和資料企業，以及京都大學、日本理化學研討所等15家學術組織將一起參加研討，計劃到2022年全面把握全固態電池相關技能。

　　而固態電池作為動力電池未來的展開方向，雖然技能層面現已獲得必定程度的打破，但現在的出產製備成熟度還需求加強，規模化、自動化的出產線還需求進一步研製，間隔工業商業化還有必定的間隔。

　　有業內人士剖析以為，現在工業佈局才剛剛開端，要想真實完成小規模量產估計在2020年今後，大規模運用則需求更長的時刻。

首先，先說一下今年諾貝爾化學獎的情況，在對國內情況進行說明

美國科學家約翰·古迪納夫（John B. Goodenough）、斯坦利·惠廷漢姆（M. Stanley Whittingham）和日本科學家吉野彰（Akira Yoshino）榮獲 2019 年諾貝爾化學獎，以鼓勵其開發鋰離子電池。

我們的用的鋰電池，其實主要就是用於兩大產業，一個是消費電子產品，一個是汽車。

鋰電池這個行業是很有意思的，曾經這個行業是日本人壟斷世界的行業， 世界上第一個將鋰電池實現商業化生產的公司是日本的索尼，1991年商業化生產鋰離子電池用於消費電子產品。

不過在2000年以後，中國電池大王比亞迪在鋰電池領域率先崛起，標誌著中國真正第一次衝進了鋰電池（主要是鋰離子電池）的行列。 隨著比亞迪的崛起，一大批中國公司進入了鋰電池行業，經過十幾年發展，這個行業目前已經成了中日韓三國演義的局面。

對於鋰電本身來說，經過幾十年的發展，雖然鋰離子電池在原理方面沒有突破，用的依然是Goodenough等人在上世紀80、90年代發現的材料及其衍生物，但鋰離子電池技術性效能還是在一點點提高。然而比起計算機硬體相關技術的飛速發展，鋰離子電池的發展大大滯後。目前的CPU、GPU，儲存媒介等硬體效能都比90年代翻了很多倍，但鋰離子電池的效能本質上卻沒有提高多少。所以手機效能雖然越來越好，但電池還是要一天一充，不耐高溫不耐低溫不喜快充，偶爾還會有各種燃燒爆炸的安全事故發生。

細想起來，鋰離子電池就是很多傳統物質科學這麼多年發展的一個縮影。近幾十年來如生物固氮，高溫超導，高效光伏，可控核聚變等對人類具有革命性意義的科技也沒有什麼突破性的進展，有的甚至長期裹足不前。

電池在未來幾年中也很難會有革命性的突破。所以電池的這一塊短板其實就是傳統物質科學和技術發展到今天遇到各種瓶頸的一個典型代表。