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三大發明家喜獲諾獎,鋰電池如何改變生活?

覽潮網10月11日訊 (記者 唐剛)智能手機如今成為人體的延伸,而電動汽車也有取代燃油車的趨勢。使得這一切成為可能的最主要因素就是鋰電池的出現。

9日傍晚,鋰電池的發明者被宣布為2019年諾貝爾化學獎的獲得者,將平均分配900萬瑞典克朗,約合646萬人民幣的獎金。

這一新聞引發學術界和產業界的廣泛反應,也激起資本市場的巨大波瀾。事實上,鋰電池已形成完整的產業鏈,未來市場前景不可估量。

01

他們創造了一個可充電的世界

10月9日,瑞典皇家科學院宣布,將2019年諾貝爾化學獎授予德州大學奧斯汀分校教授約翰·班寧斯特·古迪納夫(John·B·Goodenough),紐約州立大學賓漢姆頓分校教授邁克爾·斯坦利·威廷漢(M.Stanley Whittingham),以及日本名城大學教授吉野彰(Akira Yoshino)。三位的獲獎理由:

為鋰電池的發展所作的貢獻。

圖片來自 @ NobelPrize

古迪納夫、斯坦利·威廷漢和吉野彰通過他們的研究工作,為一個無線、無需化石燃料的新型社會創造了適當條件,極大地造福了全人類。

在三位諾貝爾獎得主中,被譽為“鋰離子電池之父”的美國科學家古迪納夫以97歲高齡刷新了諾貝爾獎獲得者最高年齡紀錄。

John B. Goodenough

諾獎官網在2019年諾貝爾化學獎宣布之后發布了一篇名為“他們創造了一個可充電的世界”的文章。

文章指出,重量輕、可充電的鋰電池現在廣泛應用于手機、筆記本電腦和電動汽車等領域,在全球各地為人們通信、工作、學習、聽歌和搜索時能用到的設備供電。它還可以儲存大量太陽能和風能,使無化石燃料社會成為可能。

02

從石油危機中走來的鋰電池

鋰是一種金屬,其外電子層只有一個電子,因此有很強的動力把這個電子留給另一個原子。當這種情況發生時,就會形成一個更穩定的帶正電荷鋰離子。

與其他商業化的可充放電池相比,鋰離子電池由于其具有能量密度高、循環壽命長、工作溫度范圍寬和安全可靠等優點,成為了各國科學家努力研究的重要方向。

不同的電池技術在體積和重量能量密度方面的對比

1962年,鋰這種活潑的金屬首次被美國軍方實驗室引入電池設計之中。這是鋰電池傳奇的開始。

上世紀70年代爆發了一次石油危機。尋找石油的替代者的工作被提上日程。

拿著埃克森美孚給的無限經費,這次諾貝爾獲獎者之一的斯坦利·威廷漢開始了他的研究。

1970年,威廷漢采用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料,制成首個鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯,負極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。

1976年,石油公司埃克森美孚申請了鋰電池發明專利。

1980年,古迪納夫開始在鋰電池的陰極中使用鈷氧化物。這幾乎使電池的電勢翻了一番,為開發更強大、更實用的電池創造了合適的條件。

但在他發現鈷酸鋰之前,鋰電池就已造成了不少爆炸事故。在那個談“鋰”色變的年代,牛津大學甚至不愿為此申請專利。

最終,古迪納夫不得不想法把申請來的專利送給了一個政府實驗室。這個專利后來被索尼買走繼續開發,成了今天各種便攜設備電池的基礎。遺憾的是,古迪納夫至今也沒拿到一分錢。

1985年,吉野彰成功地從電池中去除了純鋰,完全基于鋰離子,使鋰電池變得更安全。

吉野彰研制出了第一款可商用鋰離子電池。他在陰極使用了古迪納夫的鋰-鈷氧化物,并在陽極使用了一種名為石油焦的碳基材料,該材料中也可以插入鋰離子。這款電池在發揮功能時,并不會發生破壞自身的化學反應。相反,鋰離子可以在電極之間來回流動,使電池壽命大大延長。

1991年,索尼公司率先開始鋰離子電池的銷售,一場電子業的革命就此被引發——手機體積得以縮小,電腦開始走向便攜,MP3音樂播放器和平板電腦也逐漸問世。

今天,鋰離子電池為全世界提供著電力,從智能手機到電動汽車,鋰離子電池已經無處不在,它為日益機動的世界掃平了障礙。

特斯拉創始人馬斯克曾表示,“對特斯拉來說,電池未來可能是比電動車更大的生意。”

他的特斯拉公司與鋰電池息息相關,其早期團隊就包括鋰電池專家 JB Straubel。三個月前,馬斯克在Twitter 上還表示,隨著鋰電池能量密度的提高,電動飛機將變得可行。

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A股鋰電公司市值逾萬億

鋰電池按照應用場景可主要分為消費鋰電和動力電池。

消費鋰電池始于1991年,近三十年的時間已建立了相對完整的產業發展周期。

動力電池在消費鋰電池基礎上發軔,2011年以來發展迅速,出貨量于2017年強勢反超,目前在鋰電池下游應用占比最高。

無論是消費鋰電還是動力電池,其發展歷程都經歷了“日本先行、韓國跟隨、中國奮起”的相似路徑。目前,中國已是鋰電池產業大國,自2015年起,中國鋰電池產業超過韓國、日本躍居至全球首位,并逐步拉大差距。

諾基爾化學獎獲得者吉野彰曾來訪中國。

據報道,2017年5月,吉野彰在上海舉辦的一場技術與創新大會上發表演講。他在演講中表示,中國電動車市場、特斯拉、歐美的環保法規、無人駕駛這四個關鍵詞影響著鋰電池未來的發展。

在會上,吉野彰感慨于車用鋰電池和新能源汽車發展的迅猛之勢,也對中國鋰電池制造商的評價甚高。他笑言,借助于日本科技力量,鋰電池在研發上有了重大突破,而中國企業也正與全世界公司一道,讓鋰電池重新定義未來。

“比亞迪、CATL(寧德時代新能源科技有限公司)等企業都有著非常強勁的動力,技術層面上也很樂觀,”吉野彰說,日本和中國在制造鋰電池方面也有一些不同,“最大的區別在于材料上。吉野彰還在會上表示,目前鋰電池主要在日本、中國及韓國等三地企業中競爭,不排除美國和歐洲也會產出,未來需要關注歐洲市場。

另外,M·斯坦利·威廷漢教授也曾多次到訪中國參加學術交流活動。

根據中國化學與物理電源行業協會統計的數據,2018年我國鋰離子電池營業收入達到1727億元,較2017年的1589億元增長8.7%。鋰離子電池的產量由1009億瓦時增長到1242億瓦時,增長23.1%。

中國的鋰電產業已具備完整產業鏈。

據證券時報統計,鋰電池行業公司達92家,最新市值規模達1.16萬億,其中電芯生產商寧德時代、比亞迪、國軒高科、億緯鋰能;上游鋰電資源企業天齊鋰業、贛鋒鋰業;電池材料和設備制造商格林美、杉杉股份、大族激光、先導智能等一批行業龍頭也成為A股市場的藍籌白馬。

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