每經(jīng)編輯 盧祥勇 肖勇    

如果要評選改變當今世界的發(fā)明之一，鋰離子電子絕對占有一席之地。

據(jù)諾貝爾獎官網(wǎng)消息，北京時間9日晚，瑞典皇家科學院將2019年諾貝爾化學獎授予John B.Goodenough（約翰·B·古迪納夫）、M.Stanley Whittingham（M·斯坦利·威廷漢）和Akira Yoshino（吉野彰）。三人將均分900萬克朗獎金。三位科學家發(fā)明了輕便的可攜帶電池，讓人們可以在車和手機中使用，開啟了電子設備便攜化進程。

圖片來源：諾貝爾獎官方推特

鋰離子電池有多重要？小到你現(xiàn)在用來看這篇新聞的手機，大到電腦、相機、無人機，甚至電動汽車，它們的背后都靠鋰離子電池在支撐。特斯拉創(chuàng)始人馬斯克曾表示，“對特斯拉來說，電池未來可能是比電動車更大的生意。”

遲來的榮耀

2019年諾貝爾化學獎獲得者、97歲的約翰·B·古迪納夫是美國得州大學奧斯汀分校機械工程系教授、著名固體物理學家，是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發(fā)明人，鋰離子電池的奠基人之一，通過研究化學、結(jié)構(gòu)以及固體電子/離子性質(zhì)之間的關系來設計新材料解決材料科學問題，被業(yè)界稱為“鋰電池之父”。

由于英文名為“Goodenough”，古迪納夫在微博上被網(wǎng)友稱為“足夠好”先生。

英國《衛(wèi)報》稱，古迪納夫是至今為止獲得諾貝爾獎的最年長獲獎者。

圖片來源：得州大學奧斯汀分校官網(wǎng)

M·斯坦利·威廷漢是一位化學教授，也是紐約州立大學賓漢姆頓大學材料研究所和材料科學與工程專業(yè)的主任。1970年代，在?？松梨陔姵丶夹g(shù)試驗室工作的威廷漢首先發(fā)現(xiàn)了功能性鋰電池。

1980年，古迪納夫采用金屬氧化物和更高的4V材料對威廷漢的發(fā)明進行了改進，另外索尼的研究人員開發(fā)了新型安全的陽極電池設計，所有這些改進使性能大幅提高，為批量生產(chǎn)鋪平道路。1984年，?？松梨谠谌毡镜年P聯(lián)公司東燃化學發(fā)明了聚乙烯生產(chǎn)的微孔自動關閉鋰離子電池隔膜。這些發(fā)明幫助索尼1991年在日本推出了首個消費型手機鋰離子電池。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

吉野彰是一位日本化學家，現(xiàn)任旭化成研究員、名古屋明城大學教授。吉野是現(xiàn)代鋰離子電池的發(fā)明者，實現(xiàn)了把純粹的鋰從電池中剝離出來，在鋰離子的基礎上開發(fā)了新的鋰電池，將電池變得更加安全、更適合日常生活中的各種應用。

與眾多日本科技學者的經(jīng)歷有些類似，吉野彰只服務過一家公司——旭化成。1970年3月，吉野彰從京都大學工學部石油化學專業(yè)畢業(yè)，隨后的2年繼續(xù)攻讀了同校的工學研究專業(yè)并順利在1972年4月入職旭化成株式會社。

1980年，旭化成成立了宮崎電子株式會社(現(xiàn)在的旭化成電子株式會社)，從而正式切入電子元件產(chǎn)業(yè)，這對于入行8年的吉野彰來說也是人生的一大際遇，吉野彰2017年曾接受第一財經(jīng)采訪，他表示，“現(xiàn)在的鋰電池形狀是在這個5年之后即1985年發(fā)明的，隨后進行了各種各樣的產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)。”

吉野彰的電池圖片來源：諾貝爾獎官網(wǎng)

他說，自己感觸最深的也是那一年，當時攝像機對鋰電池的需求被突然放大，全世界每個月能賣到100萬臺左右，“難以想象的是，如今攝像機用電池市場也只能占鋰電池所有需求的1%，這也說明在30多年的時間中這一技術(shù)發(fā)展的速度高達100倍。從智能手機、電腦再到電動汽車，由于鋰電池的產(chǎn)生，這些科技產(chǎn)業(yè)也有機會獲得驚人的成長。”

1991年，在日本電信公司NTT的技術(shù)支持下，索尼和旭化成商業(yè)化了第一款鈷酸鋰電池，自此開啟了鋰電池的大時代。因為索尼的合作項目，吉野彰和古迪納夫結(jié)下深厚友誼。據(jù)稱吉野彰每年都會去德州拜訪古迪納夫。

古迪納夫也不畏高齡，仍然在繼續(xù)從事能源方面的研究。古迪納夫希望能研發(fā)出高能量密度、高安全性的固態(tài)電池，從而解決人類潛在的能源危機。他在前幾年接受采訪時還表示：“我想在去世前解決這個問題，我才九十多歲，還有時間。”

改變世界的鋰電池

小型、商用化的鋰電池，是索尼在1991年首先推出的。這種小型鋰電池被普遍用于筆記本電腦、數(shù)碼相機以及智能手機等數(shù)碼產(chǎn)品。

人們對鋰電池的認識，更多是功能手機時代那個可以拿出來充電的小長方形電池。進入智能手機時代，鋰電池被鑲嵌在手機里面，鋰電池開始變得神秘起來。

從構(gòu)造上看，鋰電池由電芯和外面的電池保護系統(tǒng)組成。電芯被稱為鋰電池“心臟”，含有正負極材料、電解液、隔膜層以及外殼，外面是電池的保護系統(tǒng)。電芯的負極材料是石墨，正極材料為錳酸鋰、鈷酸鋰等鋰分子的材料，正極決定電池的能量。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

隔膜層把正負極材料完全區(qū)隔開來，一旦正負極直接接觸，就會發(fā)生電池短路，乃至電池起火爆炸。

通俗一點的說，隔膜層像一張紙，不斷折疊在小小的電池盒里，隔膜層里充滿了正負極材料和電解液。充電時，外來的電場把正極材料里面鋰分子激活趕到負極存儲在石墨碳結(jié)構(gòu)的空隙里，驅(qū)趕的鋰分子越多存儲的能量就越大；放電時，把負極里面的鋰離子趕到正極，鋰離子又變成了原有正極材料里的鋰分子。如此循環(huán)往復，充電放電。

在當時，旭化成公司開發(fā)的鋰電池并不好賣，一段時間內(nèi)幾乎無人問津，突然有一天銷路被打開了，那是1995年微軟發(fā)布了Windows95。也就是在那之后，鋰電池引領了全球的搶購風潮。而吉野彰及一批科學家的新成果，也獲得了來自世界各地學會和專家們的共鳴。

2017年，吉野彰表示，“就鋰電池本身而言，現(xiàn)在主要應用在兩大領域：一是移動式產(chǎn)品，如手機、電腦，占鋰電池使用量的2/3左右;第二大領域便是車載電池。世界變化的速度實在太快了，根據(jù)我們2010年掌握的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，當時車載用鋰電池幾乎是零，現(xiàn)在則要達到30%多，以后這一比例可能還會不斷增加。電動汽車的出現(xiàn)，等于給鋰電池打開了一個新的應用方向，是全新的商業(yè)機遇。”

中國鋰電池軍團近年來的突圍讓吉野彰印象深刻。“比亞迪、寧德時代等企業(yè)都有著非常強勁的動力，技術(shù)層面上也很樂觀。”

現(xiàn)在鋰電池領域的問題是，消費者既希望智能手機輕薄時尚、屏幕大，又要求手機續(xù)航能夠夠長，起碼要支持一天續(xù)航。這就促使手機廠商，尋求能量密度更高的電池。據(jù)澎湃新聞報道，武漢理工大學教授、新能源汽車檢測與控制研究所所長謝長君稱，鋰電池誕生至今，技術(shù)上沒有非常大的革新，日韓、美國和中國的目標是，2020年把鋰電池能量密度提升至300WH/Kg。產(chǎn)業(yè)界還是圍繞提高電池能量密度做文章。

每日經(jīng)濟新聞綜合海外網(wǎng)、第一財經(jīng)、澎湃新聞等