每年的諾貝爾獎都會引起社會各界的強(qiáng)烈關(guān)注。在各項諾貝爾獎中，化學(xué)獎是比較特殊的一個。

一方面，設(shè)立該獎的阿爾弗雷德·伯納德·諾貝爾（Alfred Bernhard Nobel）本人就是一位杰出的化學(xué)家，最著名的發(fā)明是以硝化甘油制作炸藥。另一方面，不少獲獎成就并不局限化學(xué)，而是涉及生物學(xué)、物理學(xué)等多重學(xué)科，因此諾貝爾化學(xué)獎也被調(diào)侃為“理科綜合獎”。他們的成就往往對人類生活的影響更為直接，也更接地氣，今年的諾貝爾化學(xué)獎尤為如此。

2019年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎頒發(fā)給了美國科學(xué)家約翰·B·古迪納夫（John B. Goodenough）、英國科學(xué)家M·斯坦利·惠廷厄姆（M. Stanley Whittingham）和日本科學(xué)家吉野彰（Akira Yoshino），以表彰他們在鋰離子電池研發(fā)領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。而鋰電池從手機(jī)、筆記本到電動汽車，奠定了無線、無化石燃料社會的基礎(chǔ)，從根本上改變了人們的日常生活。

“他們創(chuàng)造了一個可充電的世界?！敝Z貝爾獎委員會在頒獎詞中寫道。

鋰離子電池的誕生

電動汽車的發(fā)明其實比內(nèi)燃機(jī)汽車更早，直到1912年還在市場份額上占有優(yōu)勢，后來由于電池技術(shù)進(jìn)步緩慢而被歷史淘汰。電動汽車之所以能夠在百年之后重新大放異彩，正是因為鋰離子電池技術(shù)的成熟和商業(yè)化的功勞。

對汽車來說，由于空間有限，還需要載人載物行駛，如果用電池來驅(qū)動，對電池的能量密度有很高的要求，既不能過多犧牲座艙與后備箱空間來裝電池，也不能背著太重的電池到處跑。若找不到合適的高能量密度電池，電動汽車就無法真正成為合格的交通工具。

1970年代，阿以戰(zhàn)爭導(dǎo)致了兩次國際石油危機(jī)，尋找新型能源成為了全球的共識，也為電動汽車的新動力埋下了希望的種子。

1976年，由斯坦利·威廷漢團(tuán)隊制成了世界上第一塊可充電的鋰離子電池，并申請了鋰電池專利。當(dāng)時的鋰電池正極部分由能釋放更多電子的金屬鋰制成，陰極用二硫化鈦，電壓剛剛超過2V，能夠在分子水平上讓鋰離子嵌入其中。

但這種鋰電池電化學(xué)屬性極不穩(wěn)定，在充電過程中非常容易起火爆炸，并且在反復(fù)充放電的過程中，電池容量衰減極快，并不適用于商業(yè)應(yīng)用。

鋰電池的安全難題直到4年后，才由約翰·B·古迪納夫這位30歲才畢業(yè)的物理學(xué)博士實現(xiàn)突破。古迪納夫推測，如果用一種金屬氧化物而不是金屬硫化物來制造陰極，那么電池將具有更高的電壓。經(jīng)過系統(tǒng)的研究，1980年他證實將鋰離子嵌入氧化鈷可以產(chǎn)生高達(dá)4V的電壓。由此發(fā)現(xiàn)的層狀氧化物正極材料——鈷酸鋰成為了鋰電池的一個重要突破。

如今的手機(jī)、筆記本等便攜設(shè)備幾乎都在使用鈷酸鋰，包括特斯拉的第一款汽車用的也是鈷酸鋰。1997年，古迪納夫又研發(fā)了磷酸鐵鋰正極材料，當(dāng)前電動汽車爭論不休的兩大電池技術(shù)，三元鋰和磷酸鐵鋰都離不開古迪納夫的研究成果。

在古迪納夫研究基礎(chǔ)上，日本名古屋市旭化成（Asahi Kasei）公司研究員、名城大學(xué)教授吉野彰（Akira Yoshino）于1985年成功地從電池中用更安全的鋰離子替代了純鋰，發(fā)明了采用碳材料作為陽極的鋰離子電池，從而讓鋰電池有了商業(yè)化可能。1991年日本索尼公司首次將鋰電池這個研發(fā)了20多年的產(chǎn)品推向市場。

讓電動汽車重獲新生

不過，盡管鋰電池在1991年就得以商業(yè)化，但這樣的電池，不論是功率、壽命、還是安全都達(dá)不到最高工業(yè)級別——車規(guī)級的標(biāo)準(zhǔn)。直到1993年，日本大阪煤氣公司將中間相碳微球（MCMB）碳材料作為鋰電池陽極之后，鋰離子電池的性能才獲得了較大的提升，才進(jìn)入了汽車企業(yè)的視線。

日產(chǎn)從1992年開始研發(fā)用于聆風(fēng)的鋰離子電池。從1996年起，安裝有鋰離子電池的“PRAIRIE JOY”型電動車在日本國內(nèi)開始銷售。

2005年后，以人造石墨為陽極的鋰電池，以其優(yōu)異的電化學(xué)性能開始在動力電池上獲得廣泛應(yīng)用，電動汽車越來越成熟。2008年，奧巴馬當(dāng)政，大力推動電動汽車發(fā)展，全球鋰電池發(fā)展進(jìn)入新的高潮，并作為電動汽車的“心臟”，重新定義了電動汽車。

2010年12月起，日產(chǎn)開始在美國、日本、歐洲銷售聆風(fēng)電動汽車。2012年，特斯拉也用松下18650鋰電池成功造出市場歡迎的電動汽車Model S。

隨著世界各國政府對可再生資源的重視程度的加大，在政策大力支持下，全球新能源汽車市場進(jìn)入快速發(fā)展通道。

以歐洲為例，早在2015年，挪威就宣布2025年限制燃油汽車銷售；第二年，荷蘭也宣布2030年后實現(xiàn)新車零排放；英國、法國和西班牙均頒布禁令，表示2040年后停止銷售柴油及汽油車。

幾乎所有主要車企都將汽車電動化視為當(dāng)下最重要的戰(zhàn)略規(guī)劃：

豐田公司計劃到本世紀(jì)20年代初，將會有十多款全新的純電動汽車問世，到2030年銷售超過550萬輛電動汽車。

大眾計劃到2028年旗下各品牌電動車銷量達(dá)到2200萬輛。

寶馬集團(tuán)目標(biāo)到2021年在全球累計交付100萬輛電動車。

戴姆勒則計劃到2030年電動車型占據(jù)乘用車新車銷量一半的份額。

沃爾沃預(yù)計到2025年電動汽車的銷售總量提高到100萬輛，其中中純電動汽車占50%。

數(shù)據(jù)顯示，2014年全球新能源汽車產(chǎn)量34.1萬輛，到2018年，新能源汽車產(chǎn)量迅速增至192.4萬輛，市場占比份額達(dá)到2.1%，同比增長72%。預(yù)計到2023年，全球新能源汽車產(chǎn)量將達(dá)887.5萬輛，未來5年復(fù)合年均增長率達(dá)35.8%。電動汽車已然成為汽車產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。

對中國而言，電動汽車的迅猛發(fā)展提供了換道超車的好機(jī)會。

從2009年的“十城千輛”計劃開始，在政府的大力推廣和支持下，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)在十年間實現(xiàn)了巨大的突破。

2018年，我國新能源汽車的銷量達(dá)到了125.6萬輛，占據(jù)了全球新能源汽車銷量的60%。比亞迪和北汽新能源成為僅次于特斯拉，全球銷量第二、第三的新能源汽車生產(chǎn)商。

與此同時，中國也誕生了以蔚來、威馬、小鵬等為代表的造車新勢力，在產(chǎn)品差異化和商業(yè)模式等方面作出創(chuàng)新嘗試。

產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程與格局

動力鋰電池作為電動汽車的“心臟”，占據(jù)著一輛電動汽車三分之一到一半的成本，也是電動汽車的競爭核心之一。

動力電池領(lǐng)域受全球新能源汽車市場快速發(fā)展帶動，成為近年來拉動全球鋰離子電池市場高速增長的主要因素。

據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院和高工產(chǎn)業(yè)研究院公布的數(shù)據(jù)顯示，2018年全球鋰離子電池市場產(chǎn)量同比增長21.81%，達(dá)188.80GWh，過去5年年復(fù)合增長率達(dá)27.12%。高工產(chǎn)業(yè)研究院分析認(rèn)為，未來5年動力電池仍將是鋰離子電池行業(yè)增長最快的板塊。

從全球范圍來看，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)從90年代初正式誕生以來，逐漸從日本壟斷，到日韓爭霸，到現(xiàn)在中日韓三足鼎立。

日本的松下，韓國的三星、SK、LG，以及中國的寧德時代、比亞迪，被認(rèn)為是目前全球電動汽車動力電池的龍頭企業(yè)，占據(jù)著大多數(shù)市場份額。

在鋰電池三大強(qiáng)國中，唯有中國擁有豐富的鋰資源和完善的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，以及龐大的基礎(chǔ)人才儲備，使中國大陸在鋰電池及其材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，成為全球最具吸引力的地區(qū)，并且已經(jīng)成為全球最大的鋰電池材料和電池生產(chǎn)基地。中國的寧德時代、比亞迪在全球十大鋰電池公司中分別排名第二、第三。

隨著電池能量密度的不斷提高，車載鋰離子電池的競爭將日益激烈。動力電池的品質(zhì)、成本、安全、技術(shù)升級，將是動力電池行業(yè)競爭的焦點，也將是整個新能源汽車行業(yè)競爭的關(guān)鍵。

目前，我國動力電池行業(yè)格局正處于急劇的變化之中。一方面，日韓電池企業(yè)正在加快重返中國市場的節(jié)奏，開始與中國汽車廠商頻繁接觸，不久前，吉利與LG化學(xué)宣布成立新的合資公司，這釋放出中韓企業(yè)新的電池合作項目落地的信號；另一方面，整車廠欲掌握在電動車行業(yè)的控制權(quán)，提高在供應(yīng)鏈體系的議價能力，開始自己涉足電池制造，來完善產(chǎn)業(yè)鏈的布局。

對大部分車企而言，動力電池雖然有著天然的行業(yè)壁壘，但它們并不愿意放棄在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的主動權(quán)，更希望在轉(zhuǎn)型過程中將更多核心的動力電池技術(shù)掌握在自己手中。

比如大眾汽車集團(tuán)斥資近10億歐元在歐洲建立鋰電池和固態(tài)電池生產(chǎn)工廠，并注資美國公司Quantum Scape，在固態(tài)電池領(lǐng)域獲得優(yōu)勢；長城汽車也將生產(chǎn)動力電池的蜂巢能源獨立出去，準(zhǔn)備將其市場化，未來將不只向長城汽車供貨。

另外，豐田汽車、通用汽車、吉利汽車、比亞迪、長城汽車、廣汽傳祺、上汽乘用車等企業(yè)，都將電池視為未來的核心競爭力，并有意覆蓋從電池研發(fā)、生產(chǎn)到處理以及循環(huán)利用的整個工藝鏈。

更廣闊的發(fā)展前景

從鋰電池本身的發(fā)展來看，隨著液態(tài)鋰電池性能正在不斷接近理論極限，以固態(tài)電池、鋰金屬電池、富鋰錳基正極、高電壓尖晶石正極等為代表的多元化新型鋰電技術(shù)的競爭正在展開。

現(xiàn)在比較好的發(fā)展方向，是固態(tài)鋰電池。固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池的區(qū)別在于用固態(tài)離子代替了電解液，其密度以及結(jié)構(gòu)能讓更多帶電離子聚集在在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。

全固態(tài)鋰電池具有極高的安全性，其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，搭載全固態(tài)鋰電池的汽車的自燃概率會大大降低。

各國鋰電池領(lǐng)域的科學(xué)家，包括97歲的約翰·B·古迪納夫，都在向這一方向大力發(fā)展，不過固態(tài)電解質(zhì)具有高的電阻，在功率密度、電導(dǎo)率、電池倍率、電池制備效率、成本控制方面都存在不小的問題，因此，固態(tài)鋰電池目前尚處在實驗室探索和初步商業(yè)化階段。

縱觀鋰離子電池的發(fā)展史，可以說是人類不斷突破理論極限的過程。鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)的誕生、發(fā)展、成熟、商業(yè)化，依靠的是科研界與產(chǎn)業(yè)界的共同創(chuàng)新，共同努力，最終幫助電動汽車在百年沉寂之后再次成為汽車工業(yè)的重要組成部分。

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