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你真了解电池么?(2)

来源:原创/投稿/转载 发布时间:2019-10-12

  那时,“大哥大”使用的就是这种电池,持有该技术的加拿大公司Moli Energy,将产品问世不到半年,就因为起火爆炸问题而全球召回,从此一蹶不振,后来被日本NEC公司收购。但NEC公司经过几年的检测和摸索,终于弄清楚了出现问题的主要原因,在使用过程,阳极材料金属里会发生“锂枝晶”现象,使得阳极材料变形导致可能碰到阴极材料引起短路。虽然找到了原因,但却迟迟不得解决办法。

  出现问题后,科学家们想起了1938年Rdorff提出的理论,“离子转移电池”方法(ion transfer cell configuration)。于是决定采用一种材料可以替代金属锂作为阳极材料石墨,阳极材料的目的就释放电子,而石墨的特性可以使电子储存在碳元素之间,虽然石墨相较于金属锂活性(储存电子能力)差一些,但是更加安全。

  基于此发展,约翰B古迪纳夫(John B.Goodenough)也在研究阴极材料的改善,他预测氧化锂化合物比硫化锂化合物要更为合适。

  由于采用了石墨作为阳极,这款电池部分解决了“锂枝晶”现象,防止了内部短路现象,又因为其阴极材料的选取,将电压提高至4V(甚至可以达到5V),总体来说相较于威廷汉的锂电池性能好很多、安全很多。

  由于该思路过于前卫,又或者是Moli Energy的教训太过于惨痛,当时没有任何一家企业敢接古迪纳夫的发明,甚至自己的母校牛津大学都不愿意为其申请专利。但索尼公司伸出了橄榄枝,将其技术应用于生产,帮助索尼一跃成为锂电池行业老大。

  然而有一位科学家认为这还不够,日本的吉野彰(Akira Yoshino)以古迪纳夫的锂电池为基础,将阳极材料从石墨改为了石油焦。

  其实从古迪纳夫开始,这两种锂电池已经不是化学反应产生的电能,而是“单纯”的阴阳极之间的电子流动产生的,而这种能量纯粹来自于外界充入的“过量”电子,存贮于两极之间,用于做功,所以其实这两款并不叫锂电池,而是锂离子电池(Lithium-ion)。

  车载锂离子电池其使用特性与电子产品不同,例如手机电脑,其锂离子电池设计之时考虑的就是“快速充电满足日常使用,长期性能不必过度考量”。但电动汽车要求的是“多次循环性能不便、电量大、充电快”,其条件更为苛刻,在这其中其重要性是按顺序排列的,循环耐久性是最重要、电量大和充电快差不多是一个量级。

  所以对于电动汽车而言,其锂离子电池的要求之高,使得各家厂商不断再尝试新材料或者新配方,以适应市场需求。

  目前较多采用的方案无非两种,NCA811(镍钴铝锂电池,数字代表比例)和NCM811(镍钴锰锂电池),不过由于专利原因和其他因素,NCA只有特斯拉在采用,而NCM则是绝大多数厂商采用的方案。两者各有利弊,NCA能量密度更高,但是NCM则更为安全。

  未来随着电动汽车的愈发普及,锂电池技术或许将会成为各大车企“重新洗牌”的关键部分。而伴随着全球可持续发展的趋势,锂电池的重要性也或许比肩于石油。

  在诺贝尔奖颁发后的委员会成员采访中,记者问道:“如果让你30秒来描述锂电池技术得奖的原因,你会怎么说?”

  回答中有一句话让笔者印象深刻是:“锂电池很可能会对未来的发展带来巨大的影响,其技术落地和应用为人们带来了福音,但虽然技术与应用结合对人类来说更有意义,但也正是这些科学家孜孜不倦的研究才为这些带来了可能,古迪纳夫是诺贝尔奖获得者中最年长的一位,97岁,但他每天仍旧进入研究所钻研电池技术”

  1997年,一方面由于钴酸锂结构在长时间时候后会发生“崩塌”,造成性能下降,另一方面钴矿石非常昂贵,导致其成本太高。75岁的古迪纳夫又发明出了“磷酸铁锂”材料的锂电池,震惊了世界,此时他75岁。而当古迪纳夫90岁之时,他又做出了另一个决定,研究全固态电池技术

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