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锂电池技术先驱砍获诺贝尔奖!谁还敢小看电动车?

玩车教授 10-13 1

有人说,人类大部分焦虑都是无意义的。例如手机快没电、快递还没到、中午吃什么 ......

也有人说,有意义的焦虑跟无意义的焦虑,区别在于有否坚持行动。假若能解决电量焦虑、提升物流效率、让粮食产量翻几番 ......,那将会意义非凡。

有那么一群人,通过不懈努力去攻克技术难题,解决人类日常生活中常见的焦虑,最终获得全球颁奖领域内最重要奖项——诺贝尔奖。

其中,2019 年诺贝尔化学奖颁发给了纽约州立大学宾汉姆顿分校教授 M.Stanley Whittingham、美国德州大学奥斯汀分校教授 John. B. Goodenough、日本名城大学教授 Akira Yoshino。多年来,三人在锂电池领域的杰出贡献推动着绿色能源革命。

如果要为这一场聚焦能源的产学研接力长跑冠以时间,那将会是六十载。早在上世纪 70 年代,M.Stanley Whittingham 便首次提出锂离子电池概念,采用二硫化钛作为正极,金属锂作为负极,成功制造出世上首块锂离子电池。

(M.Stanley Whittingham)

考虑到锂金属化学特性活泼,充当电池原材料会存在安全隐患,John. B. Goodenough 决定研究用锂化合物代替金属锂制作电池。1980 年,他和日本科学家水岛公一共同发现适合制作电池正极并取替金属锂的化合物——钴酸锂。

(John. B. Goodenough)

紧接着,Akira Yoshino 在 1985 年成功开发出彻底消除了锂金属的钴酸锂离子电池,并制造出首款商业化锂离子电池,正式开启 " 新 " 能源时代。

(Akira Yoshino)

凭借能量密度高、输出功率大、工作温度范围宽等优点,锂离子电池至今仍被消费电子产品领域所推崇,在享受电子产品为我们带来便利与欢乐的同时,不能忘记前人在锂离子电池发展路上作出的贡献,包括那些未能获奖的默默无闻科研者,在此致敬。

由此及彼,受到锂离子电池福泽的还有近年来呈指数级发展的新能源车,在政策强力扶持、大量资源倾注以及规模化生产下,动力电池在能量密度、安全性、成本控制等方面有了长足进步。

空谈无益,举例说明。相比起纯电动车刚起步时 400km 的续航瓶颈,如今续航突破 500km 门槛的电动车比比皆是:小鹏 G3 2020 款车型从旧款的 365km 跃升至 520km;现款在售的特斯拉 Model 3 续航里程更是高达 595km;而近期亮相的广汽新能源 Aion LX,在宁德时代 " 王炸 "NCM811 配方电芯的加持下,NEDC 续航里程高达 650km,出行辐射范围与传统燃油车无异。由此可见,新能源汽车在续航维度的追赶速度令人咋舌。

但不可否认的是,充电难、能量补给时间长、跑高速掉电快、冬季续航衰减严重以及新能源车自燃频发等,始终让我们对电动车有所保留,车辆实际性能与外界期待仍存有一定距离。正因如此,每当有新兴电池技术、新型电池材料出现都会被媒体卖力炒作,因为外界总希望 " 新物种 " 的出现能打破当下动力电池的技术瓶颈。

事实上,以石墨烯电池为首的新概念远没有媒体宣传所来得神奇,要想投产,要么工艺难度太高,要么制造成本惊人,要么就稳定性欠佳,想要在短时间内实现商业化无异于压雪求油。只不过这些年,外界对新能源车的实际易用性越来越不满意时,总愿意搬出石墨烯等新名词以提振人心。

相比起实用性,人们更关注安全性。自燃事故频发,把新能源车的安全问题推至风口浪尖。深究内里,多半是电池内部短路诱发事故。简单说下原理,锂离子电池正极材料中的锂离子 Li+ 脱嵌,通过电解液移动至负极,电子通过外电路从正极移动至负极从而形成电流。正、负极材料一旦接触将触发电池短路,严重者发生燃烧、爆炸。

其中,由绝缘材料打造的电池隔膜起到重要作用,它是保障电池安全性不可或缺的一部分,能有效防止正、负极材料接触,将事故苗头扼杀在摇篮。但隔膜成本颇高(占比仅次于正极材料),且技术壁垒极高,对设计合理性以及加工精度尤为严苛。

怎么说?电池隔膜浸润在电解液中,表面的微孔能让大量锂离子通过,至于通过速度则由微孔数量、隔膜材料以及厚度来决定,继而影响电池放电倍率、循环寿命等性能。 而在高温、低温等极端用车条件下,正、负极反应不充分,致使多余的锂离子形成晶体析出,久而久之容易刺穿电池隔膜,导致电池内部短路,最终演变为触目惊心的燃爆事故。

据不完全统计,过去 10 年国内如雨后春笋般涌现了超 200 家动力电池企业,但电池市场以及技术储备却没因此走向成熟稳定。相反,高歌猛进的产业背后暴露了国内动力电池在产学研环节的一系列问题,监控力度以及产品验证的缺失让不少敢于拥抱新能源车的用户吃尽苦头,令人痛心。

在教授看来,国内电池产业应敢于 " 革自己的命 ",适度引进外资企业培养更激烈的竞争环境,优胜劣汰,将机会与市场份额留给 " 干实事 " 的电池生产商,加快推动行业更新迭代。

作为全球最大的新能源汽车市场,不妨效仿德国以政策、补贴等形式多鼓励上游产业动力提高电池性能门槛,造出性能、安全性更佳的动力电池。要知道,电池始终是影响新能源车潜在用户购买决策的最大要素,毕竟电池靠谱的电动车差不到哪去。

诚然,电池领域的角力似乎才刚热完身,选手们正等待着鸣哨起跑。假若能在电池隔膜技术、新型电池材料等维度率先实现重大突破,或许你就会是下次诺贝尔奖的归属。

回归文初,但愿生存于世间的你我,产生的焦虑,都能够变得有意义,包括续航焦虑。

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