今年的諾貝爾化學(xué)獎頒給了鋰離子電池的發(fā)明者，正如諾貝爾委員會的頒獎詞：「鋰離子電池已經(jīng)徹底改變了我們的生活，從手機(jī)到筆記本電腦和電動汽車，鋰離子電池?zé)o處不在?！?/p>

雖然鋰離子電池為人類擺脫化石燃料的依賴作出了巨大貢獻(xiàn)，讓汽車產(chǎn)業(yè)邁向電動化，但隨著人們對鋰離子電池需求的新增，鋰離子電池鋰離子電池技術(shù)的瓶頸也逐漸暴露。就連鋰離子電池的發(fā)明者之一的JohnGoodenough對鋰離子電池的未來也不樂觀。

我的工作還沒有完成。在鈷氧化物陰極發(fā)明35年后，電動能源汽車在價格上仍然不能與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車競爭。而太陽能和風(fēng)能發(fā)電的鋰離子電池儲存成本太高，只能立即使用。我們的前景不容樂觀。

一位從事電池研發(fā)多年的技術(shù)人員Tiger曾說，現(xiàn)階段電池的技術(shù)瓶頸重要在能量密度、循環(huán)壽命和溫度特性三個方面。

其中鋰離子電池的能量密度是制約交通行業(yè)進(jìn)一步電動化的最大瓶頸之一。鋰離子電池相比內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于能量效率更高，可以達(dá)到60%-80％，而內(nèi)燃機(jī)的能量效率只有20％-60％，但這并還不足以彌補(bǔ)鋰離子電池能量密度低的缺點(diǎn)。

目前工業(yè)生產(chǎn)的鋰離子電池能量密度普遍在150-300Wh/Kg，只有特斯拉等少數(shù)廠商能突破300Wh/Kg，然而汽油的能量密度卻能能達(dá)到2000Wh/kg，幾乎是鋰離子電池的10鋰離子電池廠家倍，也就是說要達(dá)到燃油車60升的油箱同樣的能量，要400多公斤的鋰離子電池。

這也是全電動飛機(jī)一直遲遲無法實(shí)現(xiàn)的重要原因，因?yàn)殡姵匾加蔑w機(jī)的空間，像波音737這種大型飛機(jī)，所需的電池重量甚至要比機(jī)身更重，這顯然不現(xiàn)實(shí)。

假如要提高鋰離子電池的能量密度，代價之一就是減少循環(huán)壽命，一般手機(jī)的鋰離子電池的壽命約為3年，可充電/放電超過500次，但樣的壽命會拉低的電動汽車的性價比，要改變電極材料來延長壽命。以特斯拉為例，其電池的循環(huán)壽命并不長，但因?yàn)閱未纬潆姷睦m(xù)航更長，拉長了電池的使用周期。

目前一些電動汽車開始使用壽命更長磷酸鐵鋰離子電池，據(jù)悉比亞迪透露明年將推出采用磷酸鐵鋰離子電池的電動汽車，壽命可以達(dá)到8年120萬公里，但這種電池的缺點(diǎn)是能量密度較低，低溫環(huán)境性能不佳，以及成本較高。

此外隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，碳酸鋰的產(chǎn)量很快可能就無法滿足日益膨脹的市場需求。根據(jù)市場調(diào)機(jī)構(gòu)AdroitMarketResearch的預(yù)測，到2025年鋰的消耗量將翻兩番，全球鋰離子電池市場規(guī)模估計將超過1000億美元。

有機(jī)構(gòu)通過測算，發(fā)現(xiàn)僅僅考慮電動汽車，2050年就能消耗陸地上三分之一鋰，到2080年陸地上的鋰資源將被完全耗盡。雖然海洋上的鋰儲備高達(dá)2300億噸，但目前還沒有可大規(guī)模商用的提取技術(shù)。

鋰資源的短缺會造成鋰離子電池成本的上升，最終變成另外一種「石油」。曾有一種觀點(diǎn)認(rèn)為汽車行業(yè)從石油從轉(zhuǎn)向鋰離子電池，不過是從一種有限的資源換到了另一種有限的資源。

但鋰離子電池和石油不一樣的是，鋰可以被回收再利用，據(jù)稱最高可實(shí)現(xiàn)95%的回收利用率。假如能夠?qū)崿F(xiàn)鋰金屬高效的回收，能有效緩解鋰資源短缺的問題，但目前鋰離子電池的回收率并不高，而且回收再利用的成本并不低，甚至比開采鋰礦還高。

而電動汽車比燃油汽車更加環(huán)保的傳統(tǒng)印象，其實(shí)也不太準(zhǔn)確。的確，在消費(fèi)者駕駛電動汽車的過程中的碳排放確實(shí)比燃油車要低得多，但這并不意味著電動汽車更加環(huán)保，電動汽車只是將污染前移到了生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

有研究表明，假如考慮電動汽車電池的生產(chǎn)，制造一輛電動汽車產(chǎn)生的碳排放比一輛燃油車多15%到70%。而且這還沒計算開采鋰礦以及鋰離子電池回收不當(dāng)對環(huán)境造成的污染，比如在智利一些地區(qū)，65％的水用于鋰生產(chǎn)，很容易對水資源造成污染。

顯然，目前的鋰離子電池還存在很多短板，而且在過去20年可商用的電池技術(shù)也沒有取得太大突破，但激增的市場需求迫使人類要盡快找到更好的電池方案，《自然鉅大鋰電》雜志曾在2018年預(yù)測「我們距離鋰電子電池革命僅剩下10年?！?/p>

事實(shí)上科學(xué)家一直沒有停止研發(fā)新的電池技術(shù)，IBMResearch旗下的電池實(shí)驗(yàn)室就正在開發(fā)從海水提取物質(zhì)來制作無鈷電動汽車電池的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)能在5分鐘內(nèi)充電至80%，且在成本和能量密度等方面都要優(yōu)于現(xiàn)在的鋰離子電池。

目前梅賽德斯奔馳、日本電池電解質(zhì)供應(yīng)商CentralGlass等廠商已經(jīng)和IBM達(dá)成合作，來推動這項(xiàng)電池技術(shù)的商用，但究竟什么時候會推出市場還不得而知。

鋰離子電池的未來，也不一定被新材料取代，也還可能取得更大的突破?，F(xiàn)年97歲的「鋰離子電池之父」JohnGoodenough至今仍投入在全固態(tài)電池的研發(fā)中，希望讓鋰離子電池達(dá)到新的高度，目前已經(jīng)取得了一些研究成果。

無論如何，鋰離子電池的革命或許離我們不遠(yuǎn)了。

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