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雖然關(guān)于電池爆炸、電池起火等相關(guān)的新聞不斷，但無(wú)論是學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界甚至是資本市場(chǎng)，都對(duì)鋰電池報(bào)以極大的期待。以A股市場(chǎng)為例，去年甚至盛行“有鋰走遍天下”的說(shuō)法，上市公司只要有鋰（鋰礦或鋰電池）概念，股價(jià)便一飛沖天，足以證明其熱度。
在眾多新能源形式中，鋰電池是如何成為新能源車的主要技術(shù)路線的？在一眾電池中，鋰電池又是如何脫穎而出的？未來(lái)，鋰電池有是否能夠如馬斯克所言成為“新石油”呢？
100多年前的電動(dòng)車，為何沒(méi)能普及？
在18世紀(jì)工業(yè)革命之后，蒸汽機(jī)的發(fā)明推動(dòng)了機(jī)器的發(fā)展，交通工具自然隨之而變革。人們寄希望于能夠找到一種合適的機(jī)器取代昂貴的馬車，惠及到普通民眾。
如今燃油車遍及全球，電動(dòng)、氫能等新能源車成為取代傳統(tǒng)燃油車的新趨勢(shì)。但鮮有人知，在汽車發(fā)明之初，卻是以電池為動(dòng)力的。1881年，法國(guó)科學(xué)家通過(guò)改進(jìn)電池設(shè)計(jì)，組裝了第一臺(tái)以鉛酸電池為動(dòng)力的三輪馬車。在隨后的很多年內(nèi)，汽車的改良都圍繞著如何使電池可循環(huán)充電、續(xù)航里程更長(zhǎng)、安全性更好等方面來(lái)展開(kāi)。
隨著電動(dòng)車性能的提升，短途之內(nèi)已經(jīng)逐漸取代馬車。但鉛酸電池體積大、質(zhì)量大、能量密度小（指單位體積所能儲(chǔ)存能量的數(shù)值）、功率密度低（指電池輸出的功率與其重量之比），這些缺陷使電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程僅在50km左右，滿足日常代步需求尚可，但如果想要滿足200km以上的長(zhǎng)途需求，則至少需要1噸左右的鉛酸電池，這顯然并不現(xiàn)實(shí)。
為了改良電池技術(shù)，無(wú)論是學(xué)界還是產(chǎn)業(yè)界都開(kāi)始了大規(guī)模的探索。其主要思路便是順著元素周期表，對(duì)各種金屬作為電池的正極材料進(jìn)行試驗(yàn)。如果單從續(xù)航里程的角度來(lái)看，這種探索是成功的。像20世紀(jì)初期愛(ài)迪生發(fā)明的鎳鐵電池（也叫愛(ài)迪生電池）、鎳鎘電池等，都在能量密度和功率密度上取得了一定突破。這些新型的蓄電池也同樣被各國(guó)嘗試應(yīng)用于電動(dòng)車上，例如兩德統(tǒng)一之前的西德就曾在20世紀(jì)的末期大力的發(fā)展鎳鐵電池電動(dòng)車，美國(guó)、蘇聯(lián)、瑞士、日本等國(guó)也同樣如此，嘗試各種技術(shù)改良鎳鐵電池的耐用性。當(dāng)然，中國(guó)也并未落后，當(dāng)時(shí)的知名企業(yè)四川長(zhǎng)虹也曾開(kāi)發(fā)出了新型的鎳鐵電池，用于各種應(yīng)急控制、開(kāi)關(guān)控制等用途。
如果沒(méi)有燃油車出現(xiàn)的沖擊，電動(dòng)車很可能會(huì)隨著各國(guó)對(duì)于電池改良技術(shù)的探索，提前的大規(guī)模普及。但在當(dāng)時(shí)，各種電池的技術(shù)路線都無(wú)法滿足電動(dòng)車的大規(guī)模普及，如鉛酸電池雖然便宜實(shí)惠，但功率密度低；鎳鐵電池能量密度小，相比于鉛酸電池價(jià)格更高；鎳鎘電池則成本過(guò)高。總之，受限于各種技術(shù)條件，當(dāng)時(shí)只有鉛酸電池在電動(dòng)車上有比較廣泛的應(yīng)用，鎳鐵電池在其它領(lǐng)域也有較為重要的應(yīng)用。
更重要的是，內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)可能在一定程度上改變了動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步的速度。特別是福特發(fā)明的T型車以及流水線生產(chǎn)帶來(lái)的汽車普及，都使得石油作為一種能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出電池的能源，快速的使得燃油車成為了汽車的主流。汽車進(jìn)入了內(nèi)燃機(jī)時(shí)代，石油則成為了全球最主要的能源之一。
在此后長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)中，動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步基本進(jìn)入了停滯狀態(tài)。但世界進(jìn)入石油時(shí)代，問(wèn)題同樣頻現(xiàn)。一方面是能源安全問(wèn)題，三次石油危機(jī)讓各國(guó)都意識(shí)到了能源安全的重要性，再加上軍事、航空、醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)﹄娫吹男碌囊螅虼硕贾滞度氪罅抠Y源研究開(kāi)發(fā)新能源和電池技術(shù)。另一方是是汽車尾氣帶來(lái)的污染問(wèn)題，像很多國(guó)家或地區(qū)都出現(xiàn)過(guò)的霧霾，汽車尾氣是重要的“元兇”之一。
在電池技術(shù)停滯半個(gè)多世紀(jì)后，隨著能源安全和對(duì)清潔能源的需求，各國(guó)不遺余力的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和探索。而鋰電池因?yàn)槠湫阅艿膬?yōu)越性，成為了全球開(kāi)啟清潔電力時(shí)代最有力的探索成果。
鋰電池為何“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”？
以鋰電池的出現(xiàn)為標(biāo)志，電動(dòng)車的發(fā)展進(jìn)入了“鋰電時(shí)代”。在前鋰電時(shí)代，電動(dòng)車的探索在鉛酸電池、鎳鐵電池、鎳鎘電池等電池技術(shù)上取得了一定的成功，像歐洲等國(guó)家甚至在很多城市推廣試運(yùn)營(yíng)過(guò)電動(dòng)車，部分政府部門(mén)也通過(guò)政府采購(gòu)對(duì)這些電動(dòng)車給予了很大的支持。但正如前文所述，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)性，還是電動(dòng)車的實(shí)用性，電動(dòng)車都很難和燃油車相提并論，商業(yè)上的不可持續(xù)性，極大的限制了電動(dòng)車的推廣。
其實(shí)如果回顧電池的發(fā)展史，大概就是一個(gè)“試試各種金屬能不能造電池”的歷史，這也是為何前文提到?jīng)]有內(nèi)燃機(jī)的沖擊，電池技術(shù)會(huì)發(fā)展更快，電動(dòng)車可能也會(huì)更早的普及，因?yàn)閷?duì)于各種金屬的嘗試性應(yīng)用，大概率會(huì)逐漸誕生更加適合汽車的電池技術(shù)。而對(duì)于鋰這種金屬，是元素周期表中排名最前面的元素，也就意味著其化學(xué)活性是最高的，這種金屬早期是需要密封保存在隔絕空氣的石蠟中的。元素特性使鋰電池有著很多特有的優(yōu)勢(shì)，從理論上來(lái)說(shuō)，鋰電池體系能獲得最大的能量密度。
但是，鋰過(guò)高的活性，也是制約鋰電池發(fā)展最重要的問(wèn)題。這也是為何電池技術(shù)早期并未過(guò)渡到鋰電池的原因之一。像早期的鉛酸、鎳鐵、鎳鉻等電池中的正極材料，也基本都是金屬活性沒(méi)那么強(qiáng)的元素。
早期對(duì)于鋰電池的研究都無(wú)法突破鋰過(guò)于活躍而導(dǎo)致的電池安全性問(wèn)題。這些研究有的停滯于電解液被點(diǎn)燃，有的則是無(wú)法實(shí)現(xiàn)多次的循環(huán)充放電。特別是1989年春末加拿大Moli公司的第一代Li||MoS2電池產(chǎn)品發(fā)生了爆炸事件后，這款在當(dāng)時(shí)真正具有商業(yè)化意義的電池所引起的恐慌，使得之后的一段時(shí)間，鋰電池都消失在了大眾的視野。
不過(guò)技術(shù)的推動(dòng)下，通過(guò)對(duì)負(fù)極材料、電解液等材料的嘗試，鋰電池在1991年首次商業(yè)化。1991年索尼根據(jù)“鋰電之父”Goodenough等人的研究成果，以鈷酸鋰為原材料，成功推出了第一款商業(yè)鋰離子電池，這種鈷酸鋰電池成為第一代的現(xiàn)代鋰電池，廣泛的應(yīng)用于3C電子產(chǎn)品領(lǐng)域。此后，鋰離子電池的發(fā)展進(jìn)入了快車道，第二代的磷酸鐵鋰、錳酸鋰，第三代的三元鋰作為正極，軟碳、硬碳乃至硅碳作為負(fù)極，以及各種鋰離子的變種層出不窮，性能不斷攀升。
與其它的電池路線相比，鋰電池的安全性雖然不是最出色的，但在功率密度、循環(huán)壽命、能量密度等對(duì)于汽車動(dòng)力電池重要的指標(biāo)方面，有全方位的優(yōu)勢(shì)，雖然能量密度仍然無(wú)法和汽油、柴油相比，但作為汽車的動(dòng)力源，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越與其它的幻雪電池技術(shù)路線，也因此成為在業(yè)界最重要的探索方向。
總而言之，鋰電池作為汽車的動(dòng)力源，雖然仍然比不上燃油，但在使用零排放、技術(shù)進(jìn)步前景、規(guī)模化應(yīng)用成本下降的背景下，逐漸被汽車廠接受。
鋰電池商業(yè)化后，1992年，日產(chǎn)開(kāi)始研發(fā)電動(dòng)汽車。1997年日產(chǎn)制造出汽車世界上第一輛使用圓柱鋰離子電池的電動(dòng)車Prairie Joy EV，最高時(shí)速120公里/小時(shí)，每次充電行駛里程超過(guò)200公里，成為真正意義上的電動(dòng)汽車。
自此，鋰離子電池汽車正式登上舞臺(tái)，并開(kāi)始吸引全球各國(guó)巨頭的關(guān)注。包括傳統(tǒng)的韓國(guó)化工巨頭LG化學(xué)、日本松下、韓國(guó)的三星SDI，以及中國(guó)的比亞迪、寧德時(shí)代、遠(yuǎn)景動(dòng)力等一眾新企業(yè)，都對(duì)于鋰電池投入了巨額的研發(fā)，目前也是全球鋰電池出貨量最多的幾家企業(yè)。
而在鋰電池的下游，隨著特斯拉率先以純電動(dòng)車商業(yè)化為目標(biāo)，鋰電池也從一般的標(biāo)準(zhǔn)向“車規(guī)級(jí)”（即符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的）進(jìn)化，車用鋰電廠也隨之大規(guī)模出現(xiàn)。
憑借著高能量密度、高功率密度等多方面的優(yōu)勢(shì)，鋰電池在短短的十幾年的時(shí)間里徹底占領(lǐng)了消費(fèi)電子市場(chǎng)，并擴(kuò)展到了電動(dòng)汽車領(lǐng)域。以當(dāng)下電池技術(shù)路線的發(fā)展來(lái)看，鋰電是當(dāng)之無(wú)愧的“王者”，馬斯克甚至將其稱之為未來(lái)的“新石油”。拋開(kāi)馬斯克力挺鋰電池代表了其自身的利益之外，如今新興的鈉離子電池、全釩液流、鉛炭電池等技術(shù)，無(wú)論是技術(shù)成熟度還是商業(yè)性，都差鋰電池較遠(yuǎn)。
當(dāng)然，技術(shù)的進(jìn)步永遠(yuǎn)沒(méi)有止境，鋰電池當(dāng)前被全球看好，并被視作為未來(lái)的“新石油”，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是終點(diǎn)。僅從電池的能量來(lái)源來(lái)看，當(dāng)前如氫能等燃料電池亦是另外一種前景廣闊的技術(shù)路線，而對(duì)于化學(xué)電池而言，也同樣有鈉離子電池等新興技術(shù)的登場(chǎng)。所以，也許在不久之后，我們能夠用到更安全、更具性價(jià)比也更方便的新能源車。
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