镍镉电池内部 锂离子电池的成名之路和背后的三十年
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锂离子电池终于获得诺贝尔奖。
10月9日，97岁的约翰·B·古迪纳夫（John B.）、78岁的M·斯坦利·惠廷汉姆（M.）和71岁的吉野彰（Akira）获得了今年的诺贝尔奖。化学。
1976年，惠廷汉姆创造性地采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，帮助埃克森公司申请了世界上第一个可充电锂电池发明专利。 也正是因此，惠廷汉姆获得了“锂电池之父”的称号。
基于惠廷汉姆的研究，古迪纳夫在接下来的十年里开发出了钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂，一次又一次为电池行业的“锂”铺平了道路。 吉野彰借鉴古迪纳夫的研究成果，于 1985 年开发出第一块商业上成功的可充电锂离子电池。
20世纪90年代，索尼正式将锂离子电池商业化，手机充电时代正式到来。 回顾锂离子电池的成名之路，遍地开花，也充满坎坷。
商业化始于日本
在锂离子电池像今天这样普及之前，最常见的二次电池是铅酸电池。 我国2.5亿辆电动汽车中，90%以上采用铅酸电池。 因为它是重金属和强酸，听起来不太安全。 另一种镍镉电池，虽然其容量明显高于铅酸电池，但重金属镉污染引发的“痛痛病”也令人担忧。
在寻找各种金属材料的过程中，科学家们翻遍了元素周期表，最终锁定了第三个数字“锂”。 20世纪80年代，加拿大Moli公司凭借金属锂作为电极的技术在电池行业走红。 正当他准备用拳头时，电池着火并爆炸了。 1989年夏天，Moli宣布召回，年底破产，最终被日本电气公司收购。
“锂”的危险，让没人敢接手电池这个烫手山芋。 为此，早在1980年就发明了钴酸锂，它可以将元素“锂”从活泼的金属态转变为稳定且行为良好的离子态，使安全成为可能。 但正当他想要申请专利的时候，他却被牛津大学不乐意了，于是他不得不寻找其他实验室来代他申请。
然而，在世界的另一边，日本的金属锂电池的发展却正在蓬勃发展。
1973年，松下电池公司生产的商业化一次锂电池拉开了序幕。 这是日本锂电池商业化道路的开始。 20世纪80年代，日本成为世界上推广应用锂电池最快的国家。 1988年，日本圆柱型和纽扣型一次锂电池的产量达到2.34亿只，是1983年的四倍。
1983年，吉野彰（Akira ）使用筑波大学名誉教授白川英树（ ）发现的导电塑料聚乙炔作为负极和古迪纳夫（）开发的钴酸锂作为正极，组装了第一块可充电电池。 白川英树后来凭借这项技术获得了2000年诺贝尔化学奖。
1972年从京都大学毕业后，吉野彰加入旭化成株式会社。 该公司是一家综合性化工公司，是目前全球最大的锂电池绝缘材料制造商。 吉野彰一生都在该公司工作，目前仍是该公司的荣誉特别研究员。
1991年，索尼收购了吉野彰的技术，并与旭化成合作，首次将锂离子电池商业化。
次年，该技术被应用于“CCD-TR1”8mm索尼相机，并在新建的郡山工厂大楼内进行了量产。
索尼下跌，松下上涨
美好的时光并没有持续多久。 1995 年的一场工厂火灾烧毁了 100 万块索尼电池。 经东京消防厅调查，起火原因与索尼锂电池无关。
这挫伤了索尼的士气，但并没有让他们恢复元气。 索尼以日本人严谨的态度和近乎异常的穿刺测试，保证了后续产品的安全性。
2006年，厄运依然降临。一台使用索尼电池的戴尔笔记本电脑在一次会议上突然起火。 索尼不得不向全世界道歉，并斥资4亿召回1000万台笔记本电脑。
此后，索尼在电池方面再无重大进展。 2017年9月1日起，原索尼电池正式并入村田制作所集团，成为村田集团的一部分。 至此，索尼电池已经退出历史舞台。
另一家日本企业松下在2009年收购三洋后成为全球最大的锂电池供应商，并长期占据电池行业头把交椅。 2014年，松下在全球汽车锂离子电池市场的市场份额达到45.7%。
2014年松下市场占有率/图源网
在索尼将锂电池商业化的同时，韩国也在效仿。 以三星和LG为首的公司正在引起轰动。 与此同时，以比亚迪、ATL为首的中国电池企业也获得了手机巨头的订单。
从锂离子电池的全球份额来看，2014年全球锂电池厂商排名中，前六名均为日本企业，紧随其后的是韩国和中国。 同年，马斯克宣称：“松下是特斯拉的心脏。” 实力企业的联合，让松下稳固了在电池行业的主导地位。
仅仅四年后，中国已成为全球最大的电动汽车市场，在全球十大锂电池制造商中占据七席。 不过，日本松下仍位居第一，中国宁德时代和比亚迪紧随其后，分列二三位。
新能源汽车的崛起
锂电池的快速发展也带动了市场上各类产品的迭代，特别是在消费电子和新能源汽车行业。
消费电子产品日新月异。 得益于锂电池，手机和笔记本电脑变得越来越薄。 扫地机器人、智能穿戴设备等也已经渗透到日常生活中。 在汽车行业，电池技术也想占领燃料能源市场的份额。
电动汽车发展迟缓与其电池技术落后有关。 直到“锂”的开发，他们才力挽狂澜。 这不得不归功于古迪纳夫的磷酸铁锂，这正是比亚迪用来造车的“铁锂”技术。
1995年，王传福将比亚迪新开发的产品送到台湾最大的无绳电话制造商大坝试用。 当时采用的是镍铬技术。 也正是因为如此，比亚迪才拿下了原本大巴给三洋的订单。
仅用了5年时间，就步入了全球电池行业的第一梯队。 2000年获得诺基亚、摩托罗拉等主要手机厂商的电池订单，并于2002年在香港上市。
作为北京有色金属研究院最年轻的院长，王传福最早带领比亚迪进军电池业务。 他不仅赶上了电子产品的爆发期，还看到了合适的机会，于2003年进入了汽车市场。
凭借“铁锂”和三电技术（电池、电机、电控），比亚迪在新能源汽车市场的份额达到24%左右，目前已成为国内唯一拥有完整产业链的车企。
在电动汽车行业，不得不提的是特斯拉。 它是第一款可以在高速公路上合法行驶的锂离子电动汽车，一次充电续航里程超过320公里。 如今仅靠电池续航，500km的表现已经是业内其他公司望尘莫及的。
特斯拉使用松下18650和更大的21700圆柱形锂电池。 电池的正极为三元镍钴铝酸锂（NCA）。 再加上特斯拉优秀的电池管理系统BMS，这在纯电动汽车领域几乎是无与伦比的。
有人计算过，一辆汽车的电池容量相当于5000块手机电池。 如果全球每年销售的9000万辆汽车全部采用锂电池，那么锂电池从手机到汽车的市场空间将扩大300倍。 吉野彰表示，电池行业未来的发展取决于汽车能发展到什么程度。
锂电池的爆炸困境
汽车行业大好形势的背后，是多少辛酸和泪水。
截至2018年10月，已发生40余起电动车火灾事故。 今年，特斯拉、蔚来、荣威、比亚迪四大品牌的新能源电动车纷纷起火。
在蔚来电动汽车多起事故原因中，动力电池自燃占30%。 这主要是由于锂电池内部或外部短路造成的。 电池在短时间内释放大量热量，温度急剧升高，导致热失控。
锂离子电池起火不仅是电动汽车的灾难。 手机、笔记本电脑等消费电子产品也曾发生多起意外火灾事故。 因此，航空公司也要求旅客不要托运锂离子电池。
2016年，三星Note 7发生了至少35起电池爆炸事件，成为三星的丑闻。 2018年，瑞士苏黎世一家苹果零售店发生手机电池爆炸，造成1人受伤、7人中毒住院、50多人被疏散。 据外媒报道，西班牙零售店也发生苹果手机爆炸事件。
对温度敏感、因短路引起火灾爆炸一直是传统锂离子电池无法绕开的一道坎。
电解液技术是锂电池的核心技术。 传统锂离子电池在过度充电或内部短路时，电解液很容易产生热量，从而可能导致自燃或爆炸。 因此，一个不需要液体电解质的全固态电池产业正在悄然兴起。
数据显示，近十年来全固态电池领域的专利数量增长了10倍以上。 固态电池的优点是不易燃、防漏液，安全性不言而喻。 同时不需要隔膜和电解液，提高了能量密度，直接解决传统锂离子电池的痛点。
目前，日本、韩国、美国等众多产业巨头纷纷投资全固态电池产业。 、、、丰田公司等也投入了大量精力进行全固态电池的研发和生产。 苹果也向全固态电池方向进行了专利布局。
与日本、韩国、欧美相比，我国锂电池产业虽然经过十余年的发展已形成完整的产业链，市场和储量仍具有优势，但在技术上仍需攻克。等级。
参考：
《敌退我进，中日韩锂电池产业链大战》
《2019-2023年中国锂电池装备行业深度研究及投资前景预测报告》
《日本锂电池发展趋势》
《为什么中国是离子》