今年诺贝尔化学奖颁给锂电池发明者，正如诺贝尔委员会的颁奖词：“锂离子电池已彻底改变了我们的生活，从手机到笔电和电动车，锂离子电池无处不在。”
虽然锂电池为人类摆脱化石燃料有巨大贡献，让汽车产业迈向电动化，但随着对锂电池需求增加，技术瓶颈也逐渐暴露，就连锂电池发明者之一的 John Goodenough 对锂电池的未来也不乐观。
我的工作还没完成。钴氧化物阴极发明 35 年后，电动能源车在价格仍然不能与传统内燃汽机车竞争。而太阳能和风能发电的储存成本太高，只能立即使用。我们的前景不太乐观。
一位从事电池研发多年的技术人员 Tiger 曾说，现阶段电池的技术瓶颈主要在能量密度、循环寿命和温度特性三方面。
锂电池的能量密度是制约交通行业进一步电动化的最大瓶颈之一。锂电池相比内燃机的优点在于能量效率更高，可达 60%~80%，而内燃机的能量效率只有 20%~60%，但还不足以弥补锂电池能量密度低的缺点。
▲ 电动车电池组的单节电池。
目前工业生产的锂电池能量密度普遍在 150~300Wh/Kg，只有特斯拉等少数厂商能突破 300Wh/Kg，然而汽油的能量密度却能能达 2,000Wh/kg，几乎是锂电池的 10 倍，也就是说要达到燃油车 60 升的油箱同样能量，需要 400 多公斤锂电池。
（Source：pixabay）
这也是全电动飞机一直迟迟无法出现的重要原因，因为电池要占用飞机更多空间，像波音 737 这种大型飞机，所需电池重量甚至比机身更重，这显然不实际。
如果要提高锂电池的能量密度，代价之一就是减少循环寿命，一般手机的锂电池的寿命约 3 年，可充电／放电超过 500 次，但这样会拉低电动车的性价比，需要改变电极材料来延长寿命。以特斯拉为例，电池的循环寿命并不长，但因为单次充电的续航更长，拉长了电池的使用周期。
目前一些电动车开始使用寿命更长的磷酸铁锂电池，据悉比亚迪透露明年将推出采用磷酸铁锂电池的电动车，寿命可达 8 年 120 万公里，但这种电池的缺点是能量密度较低、低温环境性能不佳，以及成本较高。
此外，随着锂电池的广泛应用，碳酸锂的产量很快可能就无法满足日益膨胀的市场需求。根据市场调机构 Adroit Market Research 预测，到 2025 年锂的消耗量将翻两倍，全球锂电池市场规模估计将超过 1,000 亿美元。
有机构透过测算，发现仅考虑电动车，2050 年就能消耗陆地三分之一锂，到 2080 年陆地的锂资源将完全耗尽。虽然海洋的锂储备高达 2,300 亿吨，但目前还没有大规模商用的提取技术。
锂资源短缺会造成锂电池成本上升，最终变成另外一种“石油”。曾有一种观点认为汽车业从石油从转向锂电池，不过是从一种有限的资源换到另一种有限的资源。
（Source：Unsplash）
但锂电池和石油不一样的是，锂可回收再利用，据称最高可有 95% 回收利用率。如果能做到锂金属高效回收，能有效缓解锂资源短缺的问题，但目前锂电池的回收率并不高，且回收再利用的成本并不低，甚至比开采锂矿还贵。
而电动车比燃油车更环保的传统印象，其实也不太准确。的确，消费者驾驶电动车时碳排放确实比燃油车低，但不意味着电动车更环保，电动车只是将污染往前移到生产环节。
有研究表明，如果考虑电动车电池的生产，制造一辆电动车产生的碳排放比一辆燃油车多 15%~70%，且这还没计算开采锂矿及锂电池回收不当对环境造成的污染，比如智利一些地区，65% 水用于锂生产，很容易污染水资源。
显然，目前锂电池还有很多弱点，且过去 20 年可商用的电池技术也没有太大突破，但激增的市场需求迫使人类要尽快找到更好的电池方案，《自然》杂志曾在 2018 年预测“我们距离锂电子电池革命仅剩下 10 年”。
事实上科学家一直没有停止研发新电池技术，IBM Research 旗下的电池实验室就正在开发从海水提取物质制作无钴电动车电池的技术，能在 5 分钟内充电至 80%，且成本和能量密度等方面都优于现在的锂电池。目前梅赛德斯─奔驰、日本电池电解质供应商 Central Glass 等厂商已和 IBM 达成合作，推动这项电池技术商用，但究竟什么时候会推出还不得而知。
（Source：IBM）
锂电池的未来，也不一定会被新材料取代，也还可能取得更大的突破。现年 97 岁的“锂离子电池之父” John Goodenough 至今仍投入全固态电池研发，希望让锂电池达到新高度，目前已取得一些研究成果。
无论如何，锂电池革命或许离我们不远了。
（本文由 爱范儿 授权转载；首图来源：shutterstock）
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