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从笔记本电脑到新能源车:锂电池教父成就新世界终获诺奖

大众对锂离子电池并不陌生,其已经广泛应用在智能手机和笔记本电脑等电子消费品上,近年随着新能源汽车的普及,对锂离子电池的需求量也在持续上升。

在经过多年的等待后,锂离子电池终于进入瑞典皇家科学院评委的视野中。10月9日下午,美国科学家John B.Goodenough、英国科学家M.Stanley Whittingham和日本科学家吉野彰(Akira Yoshino)成功摘得今年的诺贝尔化学奖,瑞典皇家科学院藉此表彰三位科学家在锂离子电池领域的贡献。

大众对锂离子电池并不陌生,其已经广泛应用在智能手机和笔记本电脑等电子消费品上,近年随着新能源汽车的普及,对锂离子电池的需求量也在持续上升。今年9月初彭博新能源财经(BNEF)预测,到2030年,电动汽车对锂离子电池的需求将从目前的约200GWh增长到超过2000GWh。与此同时,锂离子电池的价格将继续下降,下降幅度可能高达50%以上。

从手机、笔记本电脑到新能源汽车,锂离子电池的诞生创造了一个庞大的互联网和新能源世界,而且基于锂离子电池技术的不断进步,全球正朝着无化石燃料污染的方向发展。这一切的成功,不仅仅是特斯拉、松下和宁德时代的功劳,如果没有这三位科学家的努力研究,后来者便无法站在巨人的肩膀上走得更远。

移动互联网的奠基者

锂离子电池的概念从提出至今已有超过一百年的历史,其具有电压高、比能量大、循环寿命长和安全性能好等优点,在3C数码产品上有着非常广泛的应用。

今年诺贝尔化学奖得主之一的吉野彰是智能手机和电动汽车使用的锂离子电池的开发者,他目前是日本旭化成株式会社的名誉特别研究员。在过去接受媒体采访时吉野彰曾表示,自己成功研发锂离子电池的契机是上世纪80年代移动设备的研发非常活跃,为了实现设备的小型化、轻量化,亟需能源密度高、可重复充电的蓄电池。

“但是,让我意识到社会具体需要怎样的电池的,是流行词语。当时portable这个词很流行。后来连带着cordless,wireless这些词也流行起来了。在时代的潮流之中,敏锐地察觉到社会真正需要的东西,我想这是一种像嗅觉一样的东西。”吉野彰表示。

锂离子电池的商用始于索尼公司。1991年,索尼发布首个商用锂离子电池,并将其率先应用在CCD-TR18毫米录像机上,此后越来越多的电子消费品开始采用锂离子电池,日本的消费电子业在上世纪风靡全球也受益于此。

目前智能手机、笔记本电脑等电子消费品的畅销都有着锂离子电池的功劳,如果没有这样体积小、可充电次数上万次的电池出现,电子消费品难以在全球流行。根据IDC的报告显示,2018年全球智能手机出货量高达14亿台,笔记本电脑出货量达1.6亿台,平板电脑出货量1.285亿台。

可以说,锂离子电池让更多的移动设备得以生产和销售,从而将互联网从PC端推向移动端。2012年7月,中国互联网络信息中心(CNNIC)发布《第30次中国互联网络发展状况统计报告》显示,中国网民数量达到5.38亿,其中手机网民达到3.88亿,手机首次超越台式电脑成为第一大上网终端。

构建新能源世界

除了3C数码产品,新能源汽车是锂离子电池的另一个重要应用领域。根据高工产研锂电研究所的数据显示,2018年全球动力电池出货106GWh,同比增长55.2%,前十大企业产量86.11GWh,占全球总量比81.24%,其中宁德时代、松下、比亚迪和LG分别占据前四名。

新能源汽车在近年的爆发式增长是动力电池产能得以持续提升的重要原因。根据EVsales数据,2018年,全球新能源乘用车销量突破200万辆,新能源汽车渗透率达到2.1%。中国汽车工业协会的数据显示,今年前八个月中国新能源汽车销量分别完成79.9万辆和79.3万辆,比上年同期分别增长31.6%和32%。

电动车的起源可追溯至1881年,当时法国工程师古斯塔夫•特鲁夫发明了全球第一辆以铅酸电池为动力的电动车,开创了新能源汽车的先河。但由于石油的大规模开发和内燃机技术的改善,电动车在很长一段时间内未能成为汽车的主流。

直至锂离子电池的出现,新能源汽车才真正具备可行性。1997年,日产汽车推出了全球第一辆装备锂离子电池电动车PrairieJoy,此后越来越多的车企开始尝试研发电动车。

但特斯拉的出现才是引发锂离子电池电动车制造热潮的标志。2004年,埃隆•马斯克作价630万美元入股特斯拉,成为特斯拉最大的股东和董事长,他与后来的特斯拉首席技术官J.B.Straubel认为可以将数以千计的锂离子电池组装在一起成为汽车的动力,于是两年后特斯拉正式发布首款电动车Roadster,该车的电池组由近7000块18650锂离子电池组成,并通过BMS(电池管理系统)对如此庞大的电池组进行热管理,确保电池组不会因过热而出现燃烧。

特斯拉的发展并非一帆风顺,但毫无疑问它将电动车从燃油车的包围圈里杀出重围。2015年特斯拉的交付量仅5万辆,但今年前三季度,特斯拉的销量已经提升至25.52万辆,今年突破30万辆几无悬念。

马斯克和特斯拉成功带动了全球汽车行业向新能源方向转型,但实际上真正的贡献者却是松下。

2008年松下出资64亿美元并购三洋电机,从而正式进入动力电池行业,目前在日本、中国、美国设有七大动力电池工厂。根据去年投资机构瑞银的研究报告显示,松下的锂离子电池成本较LG化学三星SDI以及宁德时代更低,比排名第二的LG化学还要低20%。

得益于松下的电池技术和低成本,特斯拉的多款车型在续航里程和整车成本上有着相当的优势。2014年,马斯克成功说服松下社长津贺一宏在美国内华达州投资建设电池超级工厂,最初预计2020年将达到年产50万辆汽车电池规模。

虽然制造成本上不如松下,但宁德时代作为全球锂离子电池巨头的地位非常稳固。2017年,宁德时代的动力电池出货量达12GWh,成功超越松下和比亚迪跃居全球第一,此后宁德时代的出货量持续领先,今年上半年宁德时代的电池装机量达13858MWh,占国内市场总装机量的46%。

锂离子电池的诞生是如今新能源汽车蓬勃发展的根基,也是推动全球向无化石燃料转型的动力。马斯克一直将“加速世界向可持续能源发展”作为特斯拉的使命,公司在官网上时刻更新特斯拉车主的碳排放减排总量——目前特斯拉已减排超过350万吨CO2。

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