周三，JohnB.Goodenough（得克薩斯大學）、M.StanleyWhittingham（紐約州立大學賓漢頓分校）和吉野彰（旭化成研究員、名城大學教授）因為對鋰離子電池開發(fā)的貢獻而獲得了2019年的諾貝爾化學獎。關于三位的獲獎原因，諾貝爾委員會表示：“鋰離子電池徹底改變了我們的生活，并廣泛應用于從手機到筆記本電腦和電動汽車的所有領域。通過他們的工作，為無線、無化石燃料的社會奠定了基礎?！?/p>

三位的名字其實都不陌生，尤其是身為美國國家工程學院院士、美國國家科學院院士、法國科學院院士和西班牙皇家學會院士的JohnB.Goodenough老先生，因為其在鋰離子電池領域的卓越貢獻，不僅將包括美國國家科學獎章在內(nèi)的大獎拿到手軟，也成為獲獎時最高齡（97歲）的諾貝爾獎得主。

蹭著諾獎的熱度，基礎學科知識就不贅述，畢竟知乎高贊答案已經(jīng)一票。就用幾分鐘的時間跟我們一起瀏覽一下從1970年代的石油危機開始起步發(fā)展至今，大有將燃油取而代之之勢的汽車鋰離子電池的前沿成果：

電池壽命

無論是手機、筆記本電腦還是電瓶車，都讓我們對鋰離子電池的壽命有了深刻的理解，尤其“鋰離子電池的壽命大約為【500次充放電】，一旦超出便會壽終正寢”的說法相信不少人都有所耳聞。于是不少電動汽車的觀望者也曾十分擔心汽車電池會不會在使用五年之后就會迅速老化，損耗達到50%甚至更高。然而兩個月前，網(wǎng)友發(fā)帖：他2012年拿到的ModelS，經(jīng)過72,000英里后，依然還能達到98%的充電量。

在2012年便收到ModelS的資深鐵粉站出來現(xiàn)身說法的這個數(shù)字，使人十分好奇特斯拉電池系統(tǒng)的真正實力。不過特斯拉恐怕不會僅僅滿足于個案的成績，畢竟在去年四月二十二日的TeslaAutonomyDay上，ElonMusk就向粉絲們喊話說很快將會奉上壽命能夠達到累計行駛100萬英里的超長壽電池。

雖然在當時的大會上，Musk沒有對超長壽電池有具體的技術說明，但今年九月六日發(fā)表在美國電化學學會【ECS】期刊的一篇論文《高性能鋰離子電池化學性能的廣泛測試結果可作為新電池技術基準》對此豪言壯語給出了科學的解釋：

由世界上最重要的鋰離子研究者之一同時也是特斯拉最親密的老朋友的物理學家杰夫·達恩（JeffDahn）及其所領導的Dalhousie研究小組的科學家們使用鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）作為鋰離子電池的正極（陰極），并使用人造石墨作為負極（陽極），而在電極端子之間傳送鋰離子的電解質(zhì)由與其他化合物混合的鋰鹽組成。

用NMC/石墨化學物質(zhì)會新增鋰離子電池的能量密度和壽命，包括電解液和添加劑混合，這些幾乎是全行業(yè)的共識，包括日產(chǎn)Leaf和雪佛蘭Bolt都在其電池中使用了NMC化學成分。但就是在這些常識之中，Dahn的團隊通過大量優(yōu)化那些熟悉的成分并調(diào)整電池正極的納米結構，讓鋰離子電池的性能實現(xiàn)了巨大的提升，使電池可以充電和耗盡4,000次以上，達到甚至超過ElonMusk所說的百萬英里的行駛里程，并且只損耗其總能量的10％。

不出意料的是，在論文發(fā)表的幾天后，特斯拉和Dahn便宣布獲得了一項單晶鋰離子電池的專利，新專利電池幾乎與論文中描述的電池相同，包括一種稱為ODTO的電解質(zhì)添加劑。根據(jù)專利文件描述：“（新電池）可以提高鋰離子電池的性能和壽命，同時降低成本”。我們能做的，就是坐等ElonMusk宣布能夠累計百萬英里的超長壽電池實現(xiàn)量產(chǎn)并裝載新車了。

續(xù)航里程

仿佛就在不久之前，我們還為純電動汽車的續(xù)航里程感到焦慮，然而隨著電池及相關技術的發(fā)展，“續(xù)航焦慮”大概很快便會成為一個過氣詞匯了：

在八月十二日的《X頭條》中，我們記錄了特斯拉的電池研究合作伙伴JeffDahn團隊官宣（對，還是JeffDahn）的《無陽極鋰金屬袋電池和雙鹽LiDFOB/LiBF4液體電解質(zhì)》，一種全液態(tài)電解質(zhì)的高密度鋰離子電池。

而除了特斯拉，德國InnolithAG公司也在今年四月宣布研發(fā)出一款能夠供應600英里以上續(xù)航里程的高密度鋰離子電池。除了密度高以外，其由于缺乏常規(guī)電池中經(jīng)常使用的“奇特而昂貴的材料”，生產(chǎn)成本會更低，并且因為采用不可燃的無機電解質(zhì)，進一步減少了電池著火的風險。

而同樣在四月八日的《X頭條》中，我們記錄了瑞士初創(chuàng)公司Innolith也宣布自家研發(fā)的新型無機液體電解質(zhì)鋰離子電池密度達到了1,000Wh/kg，做個比較：特斯拉Model3中現(xiàn)在使用的電池密度（也就是2170電池）為250Wh/kg，按照ElonMusk的計劃將很快提高到330Wh/kg。

誠然，對續(xù)航里程的影響除了電池密度以外，還有包括車型是否基于全電動化設計，比如全電動設計的保時捷Taycan與梅賽德斯·奔馳基于GLC平臺生產(chǎn)的EQC之間的差別，還包括電池系統(tǒng)的效率管理等技術因素。但特斯拉和JeffDahn還是必須抓緊，畢竟無論是德國還是瑞士的高密度電池假如首先實現(xiàn)量產(chǎn)，碾壓式的超越會使其現(xiàn)有的電池優(yōu)勢一去不復返。

電池安全

雖然各種科普小貼士都在絮叨：

不要超長時間不間斷行駛

不要讓電池過熱

不要刺穿電池

使用原廠充電器、電線或其它零配件

不要自行更換電池

不要讓電池耗盡至0

充電充到80%即可，不要次次充滿到100%

但解決問題的正確方式從來都不是給用戶列出“幾不準”的須知，而是用技術從源頭發(fā)力。品牌制造商和系統(tǒng)供應商們都已著手對電池安全進行改進，比如上文所說電池研發(fā)者已經(jīng)將電池中的電解質(zhì)改為不可燃的無機材質(zhì)。

比如博世（Bosch）開發(fā)了一種全新的電池安全系統(tǒng)CG912，運用和安全氣囊類似的可控的爆炸原理：當傳感器檢測到碰撞時，高溫保險絲（技術上稱為煙火安全開關系統(tǒng)）將使用其微型爆炸裝藥以物理方式炸裂高壓電池單元和車輛其余部分之間的布線部分，切斷電線，從而切斷電流，使乘員或急救人員可以安全地接觸汽車的金屬，不會因意外損壞而造成短暫的電擊危險。

鋰離子電池的未來

行文至此，相信你也發(fā)現(xiàn)了鋰離子電池的研發(fā)其實和外婆們制作的果醬有著異曲同工之妙，雖然重要材料都差不多，但由于配方比例的不同，工序的不同以及一些微量的神秘配方，便誕生了完全不同的成果。

借著九月四日全球鋰離子電池研發(fā)的權威機構——英國法拉第學會宣布的將以5500萬英磅投資的幾個項目，讓我們管中窺豹看看鋰離子電池發(fā)展的未來方向：

電極制造

由牛津大學牽頭其它五所大學（伯明翰大學、倫敦大學學院、謝菲爾德大學、南安普敦大學和華威大學）共同研發(fā)全新的鋰離子電池電極的制造方式，通過試驗全新的材料及鑄造方式，研發(fā)新一代智能、高性能的電極，制造具有更長續(xù)航里程、更耐用的電動汽車電池。

新一代鋰離子正極材料

法拉弟研究學會將資助兩個項目聯(lián)合體對該領域的研發(fā)與突破，畢竟鋰離子電池最大的性能提升就有可能來自于電池陰極化學成分的變化：

由謝菲爾德大學SerenaCorr教授牽頭，和劍橋大學、倫敦大學學院、蘭開斯特大學、牛津大學和科學技術設施理事會共同推進的鋰離子電池陰極化學設計和開發(fā)項目（包括量身定制的保護膜和設計人員界面），可以供應可容納更多電荷的陰極，這些陰極更適合于承受長時間循環(huán)并促進離子遷移（可有效新增電池耐久性以及續(xù)航里程和加速能力），同時減少電池制造商對鈷的依賴。

由巴斯大學SaifulIslam教授牽頭，與包括伯明翰大學、劍橋大學、利物浦大學、牛津大學、倫敦大學學院和鉆石光源在內(nèi)的六所大學和12個行業(yè)合作伙伴共同發(fā)起的項目，則著重強調(diào)了解新型陰極中起用途的基本機理知識的運用，為發(fā)現(xiàn)具有增強性能的新型陰極材料供應更具體的幫助，將擴大最有前途的新材料的合成，并將它們同化為可完全集成的電池系統(tǒng)。

除此之外，法拉弟研究所另外的兩個投資對象也值得記錄，因為鋰離子電池不可或缺的對鋰與鈷礦的開采，已經(jīng)出現(xiàn)了全球性的困擾，這點我們早在去年三月的《當電動汽車風云乍起時，到底改變了什么？》中做過了闡述。所以，當鋰離電池的發(fā)明者們得到學術界的最高榮譽諾獎的同時，我們也該把目光放到更遠的地方，類似氫燃料動力電池或者其它的替代方法上：

新一代鈉離子電池

該項目由圣安德魯斯大學領導，將包括其他五個英國合作伙伴實驗室，三個工業(yè)合作伙伴，以及與DiamondLightSource和五個領先的海外研究機構的合作。采用基本化學方法結合多學科的方法，加快鈉離子電池技術的發(fā)展。由于其目標是將高性能，低成本和長壽命的安全鈉離子電池推向商業(yè)化的道路，所以在設計之初便考慮了規(guī)模化及可操作性。

鈉離子電池相對（鋰離子電池）更低的成本將使其成為有吸引力的下一代技術，尤其是關于靜態(tài)儲能應用和低成本的電動汽車輛而言。

鋰-硫化學電池

由UCL化學工程學院的paulShearing教授牽頭，與其他包括倫敦帝國理工學院、劍橋大學、諾丁漢大學、牛津大學、南安普敦大學和薩里大學六所大學和七個工業(yè)合作伙伴共同合作的項目，將通過全新的技術、材料以及工程解決方法來實現(xiàn)全新鋰-硫電池的研發(fā)，成為鋰離子電池最有