從筆記本電腦到新能源車:鋰電池教父成就新世界終獲諾獎
2019年10月10日10:38

原標題:從筆記本電腦到新能源車:鋰電池教父成就新世界終獲諾獎

在經過多年的等待後,鋰離子電池終於進入瑞典皇家科學院評委的視野中。10月9日下午,美國科學家John B.Goodenough、英國科學家M.Stanley Whittingham和日本科學家吉野彰(Akira Yoshino)成功摘得今年的諾貝爾化學獎,瑞典皇家科學院藉此表彰三位科學家在鋰離子電池領域的貢獻。

大眾對鋰離子電池並不陌生,其已經廣泛應用在智能手機和筆記本電腦等電子消費品上,近年隨著新能源汽車的普及,對鋰離子電池的需求量也在持續上升。今年9月初彭博新能源財經(BNEF)預測,到2030年,電動汽車對鋰離子電池的需求將從目前的約200GWh增長到超過2000GWh。與此同時,鋰離子電池的價格將繼續下降,下降幅度可能高達50%以上。

從手機、筆記本電腦到新能源汽車,鋰離子電池的誕生創造了一個龐大的互聯網和新能源世界,而且基於鋰離子電池技術的不斷進步,全球正朝著無化石燃料汙染的方向發展。這一切的成功,不僅僅是特斯拉、鬆下和寧德時代的功勞,如果沒有這三位科學家的努力研究,後來者便無法站在巨人的肩膀上走得更遠。

移動互聯網的奠基者

鋰離子電池的概念從提出至今已有超過一百年的曆史,其具有電壓高、比能量大、循環壽命長和安全性能好等優點,在3C數碼產品上有著非常廣泛的應用。

今年諾貝爾化學獎得主之一的吉野彰是智能手機和電動汽車使用的鋰離子電池的開發者,他目前是日本旭化成株式會社的名譽特別研究員。在過去接受媒體採訪時吉野彰曾表示,自己成功研發鋰離子電池的契機是上世紀80年代移動設備的研發非常活躍,為了實現設備的小型化、輕量化,亟需能源密度高、可重複充電的蓄電池。

“但是,讓我意識到社會具體需要怎樣的電池的,是流行詞語。當時portable這個詞很流行。後來連帶著cordless,wireless這些詞也流行起來了。在時代的潮流之中,敏銳地察覺到社會真正需要的東西,我想這是一種像嗅覺一樣的東西。”吉野彰表示。

鋰離子電池的商用始於索尼公司。1991年,索尼發佈首個商用鋰離子電池,並將其率先應用在CCD-TR18毫米錄像機上,此後越來越多的電子消費品開始採用鋰離子電池,日本的消費電子業在上世紀風靡全球也受益於此。

目前智能手機、筆記本電腦等電子消費品的暢銷都有著鋰離子電池的功勞,如果沒有這樣體積小、可充電次數上萬次的電池出現,電子消費品難以在全球流行。根據IDC的報告顯示,2018年全球智能手機出貨量高達14億台,筆記本電腦出貨量達1.6億台,平板電腦出貨量1.285億台。

可以說,鋰離子電池讓更多的移動設備得以生產和銷售,從而將互聯網從PC端推向移動端。2012年7月,中國互聯網絡信息中心(CNNIC)發佈《第30次中國互聯網絡發展狀況統計報告》顯示,中國網民數量達到5.38億,其中手機網民達到3.88億,手機首次超越台式電腦成為第一大上網終端。

構建新能源世界

除了3C數碼產品,新能源汽車是鋰離子電池的另一個重要應用領域。根據高工產研鋰電研究所的數據顯示,2018年全球動力電池出貨106GWh,同比增長55.2%,前十大企業產量86.11GWh,占全球總量比81.24%,其中寧德時代、鬆下、比亞迪和LG分別佔據前四名。

新能源汽車在近年的爆髮式增長是動力電池產能得以持續提升的重要原因。根據EVsales數據,2018年,全球新能源乘用車銷量突破200萬輛,新能源汽車滲透率達到2.1%。中國汽車工業協會的數據顯示,今年前八個月中國新能源汽車銷量分別完成79.9萬輛和79.3萬輛,比上年同期分別增長31.6%和32%。

電動車的起源可追溯至1881年,當時法國工程師古斯塔夫•特魯夫發明了全球第一輛以鉛酸電池為動力的電動車,開創了新能源汽車的先河。但由於石油的大規模開發和內燃機技術的改善,電動車在很長一段時間內未能成為汽車的主流。

直至鋰離子電池的出現,新能源汽車才真正具備可行性。1997年,日產汽車推出了全球第一輛裝備鋰離子電池電動車PrairieJoy,此後越來越多的車企開始嚐試研發電動車。

但特斯拉的出現才是引發鋰離子電池電動車製造熱潮的標誌。2004年,埃隆•馬斯克作價630萬美元入股特斯拉,成為特斯拉最大的股東和董事長,他與後來的特斯拉首席技術官J.B.Straubel認為可以將數以千計的鋰離子電池組裝在一起成為汽車的動力,於是兩年後特斯拉正式發佈首款電動車Roadster,該車的電池組由近7000塊18650鋰離子電池組成,並通過BMS(電池管理系統)對如此龐大的電池組進行熱管理,確保電池組不會因過熱而出現燃燒。

特斯拉的發展並非一帆風順,但毫無疑問它將電動車從燃油車的包圍圈里殺出重圍。2015年特斯拉的交付量僅5萬輛,但今年前三季度,特斯拉的銷量已經提升至25.52萬輛,今年突破30萬輛幾無懸念。

馬斯克和特斯拉成功帶動了全球汽車行業向新能源方向轉型,但實際上真正的貢獻者卻是鬆下。

2008年鬆下出資64億美元併購三洋電機,從而正式進入動力電池行業,目前在日本、中國、美國設有七大動力電池工廠。根據去年投資機構瑞銀的研究報告顯示,鬆下的鋰離子電池成本較LG化學、三星SDI以及寧德時代更低,比排名第二的LG化學還要低20%。

得益於鬆下的電池技術和低成本,特斯拉的多款車型在續航里程和整車成本上有著相當的優勢。2014年,馬斯克成功說服鬆下社長津賀一宏在美國內華達州投資建設電池超級工廠,最初預計2020年將達到年產50萬輛汽車電池規模。

雖然製造成本上不如鬆下,但寧德時代作為全球鋰離子電池巨頭的地位非常穩固。2017年,寧德時代的動力電池出貨量達12GWh,成功超越鬆下和比亞迪躍居全球第一,此後寧德時代的出貨量持續領先,今年上半年寧德時代的電池裝機量達13858MWh,占國內市場總裝機量的46%。

鋰離子電池的誕生是如今新能源汽車蓬勃發展的根基,也是推動全球向無化石燃料轉型的動力。馬斯克一直將“加速世界向可持續能源發展”作為特斯拉的使命,公司在官網上時刻更新特斯拉車主的碳排放減排總量——目前特斯拉已減排超過350萬噸CO2。

新京報記者 陸一夫 編輯 徐超 校對 王心

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