2019年诺贝尔化学奖授予了美国科学家约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和日本科学家吉野彰，以表彰他们在锂离子电池研制领域作出的奉献。锂电池，这种轻巧且可充电且功能微弱的电池，改变了人们的日子，也为构建一个零化石燃料运用的社会供给了或许。
可有谁能想到，1991年日本榜首个将锂离子电池工业化之后却不断萎缩，反倒是我国将这个工业一步一步做到了国际榜首。这中间究竟发生了什么？锂离子电池为人类创造了一个新的可充电的国际，而以锂离子电池为基础构建的“电动我国”方案，则正在帮助咱们脱节对化石燃料的依靠。
可是，现在，锂离子电池也面临许多现实挑战，安全事端时有发生，续航才能有限，能量密度提升已接近上限，锂离子电池未来何去何从？面临固态电池、钠离子电池、氢氧燃料电池等电池新势力，谁才是未来的终极电池？
在2001年，轿车动力锂电池还不被咱们所看好。当选我国工程院院士的陈立泉，向时任863方案电动轿车严重专项负责人万钢请求：“期望能给锂离子电池一个时机。”十年后，他成功地将锂电池资料研讨这个曾被边缘化的冷门学科工业化，处理了锂离子电池规模化出产的科学、技能与工程问题，完成了锂离子电池从“我国制造”到“我国智造”的大转变，助推我国锂电池工业从并跑到领跑，完成了对日韩等锂电传统强国的超越。2007年陈立泉荣获国际电池资料协会终身成就奖，他展开的全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池、室温钠离子电池等研讨，为开发下一代动力电池和储能电池奠定了基础。
斯坦利·惠廷厄姆教授，实际上他刚开端是研讨超导资料。关于超导资料他没有做什么作业，可是他发现硫化钛这个资料可以制成锂跟硫化钛电池，便是锂作负极。这种电池的安全性比较差，后来因为出了安全事端把一位日本小姐的脸烧了，后来这个公司就停了。
之后约翰·古迪纳夫就合成了一种化合物叫钴酸锂，钴酸锂是一个层状化合物，可以做锂离子电池的锂源，它结构仍是安稳的，这是古迪纳夫的奉献。吉野彰看了古迪纳夫1978年的文章今后，就想方法用它去做一种电池。它的负极不必金属锂，而是用碳纤维来做负极，做成这种电池，这种电池后来就叫锂离子电池。
实际上锂离子电池现已改变了国际，改变最大的便是给咱们日常日子带来了许多的便利的当地。诺贝尔奖在声明里头就说从智能手机、笔记本电脑等消费电子产品到电动车和风能、太阳能等大型的储能设备，现在锂离子电池已成为咱们日子中不可或缺的能量源。我跟锂电池打交道大约有四十几年的时间，今日我想以锂电池与“电动我国”跟咱们一起来沟通。
1我国锂电池工业是怎样做到国际榜首的？
我国锂离子电池产值为什么可以国际榜首？这要从开端来讲起。
我国锂电池研讨并不晚，简直和国际同步。1976年的圣诞节之前，科学院差遣我到西德。那个时分德国还没有一致，东德、西德是分隔的。我到西德斯图加特马普固体所进修，其时我很快发现他们全所上下都在研讨氮化锂晶体的功能，我感到很古怪，为什么咱们对氮化锂这么感兴趣？其时才知道氮化锂是一个离子导电的资料，据说是一种叫超离子的导体，可以用来作轿车的电池。我听到这句话之后立刻在脑子里想了一下，我是不是要改方向。
他们的研讨一切个开门办所，有一天对社会敞开，他们就把这个氮化锂，这一个类似于纽扣似的小电池摆在桌子上，周围放了一个铅酸电池。我一看，一个铅酸电池很沉，一个扣式电池很轻。我就想这个东西的确是很有用的，所以我立刻就给国内所里打陈述，我说我要改行，从晶体生长改到新的学科，叫固体离子学。大约一个月今后，所里给我回信，答应我改行。回国今后，科学院非常支撑把这个项目给物理所，说应该给这个年轻人建个研讨室，所以很快就成立了一个固体离子学实验室。这是其时国内榜首个固体离子学实验室，也是物理所最小的一个实验室。我从事的作业便是锂离子导体和锂电池研讨。
从2018年全球电动轿车电池企业市场份额的排名状况来看，前10名中排名榜首的是宁德年代，便是CATL，第2名是日本的松下公司，第3名是比亚迪，总共10名。2018年，我国有6个锂电池企业位居动力电池国际市场占有率前十。宁德年代是百分之37.23%，稳居榜首，日本松下公司只有21.54%，排名第二，可是差十几个百分点。
1991年索尼公司宣告工业化今后，物理所敏捷跟进了。其时咱们就在考虑怎样可以迈出工业化的榜首步。咱们做研讨的单位是把钱变成常识，假如出资的单位是把技能变成钱。怎样想方法能把常识变成技能，便是怎样可以衔接上，咱们提出了一个思路，就说能不能想方法让研讨单位往前走几步，让出资单位往前走几步，咱们在“桥”中间会集。所以就找了一个出资方，1993年签订了一个A型锂离子电池的研讨开发协议，出资方给的经费是10万元钱，一起更重要的是派了三个人来。这三个人其时对咱们有很大支撑，因为其时实验室我就一个硕士生，人手很缺少。
很快1995年第1块锂电池就从中科院物理所诞生了。其时的这个手机叫“大哥大”，或许年纪稍稍大一点知道，“大哥大”便是像一个砖头相同的一个手机，其时拿个“大哥大”是一种身份的象征。A型锂离子电池便是“大哥大”的电池。中科院鉴定今后以为，其时这个水平达到国际先进水平，可以再进一步往下走，这便是其时咱们在实验室怎样样从常识变成了技能，走出了这一步。
日本人最早1991年宣告工业化，市场占有率是100%，然后一向往下掉，现在还在往下掉。连索尼公司都不做锂离子电池了，它的锂离子电池卖给了别的一个公司。韩国人跟我国人是往上走的，到2014年咱们我国的动力电池、锂电市场份额现已超越了日本跟韩国，处于国际的榜首位，现在还在往上升。
现在有一种观点说锂电池是日本人创造的，我国在锂电池方面技能不可，只是在应用水平上比较领先。锂离子电池的创造必定不是日本人，要不诺贝尔奖怎样是给两个美国人和一个日本人。所以说锂离子电池是日本人创造的这个话不完全对，可以说锂离子电池是日本人先工业化的，这句话是对的。
咱们锂电池技能从现在开展的状况来看是不错的。实际上是学术界、工程界和工业界的一个协作，是研讨院所和大学的通力协作，高度重视原始立异、基础研讨和应用研讨紧密结合，加速研讨成果的工业化进程。
Goodenough(约翰·古迪纳夫)发现了遍及运用的正极资料钴酸锂还有磷酸铁锂，但这两种资料都有缺点。钴酸锂实际上只能取出0.5摩尔的锂，而磷酸铁锂实际上是个绝缘体，都有缺点。咱们想方法找出它的缺点，然后经过理论核算和试验相结合进行了改性并且取得了专利权，这个专利权对于咱们锂离子电池的开展起了非常重要的效果。
前几年比利时的五矿公司要到我国来收锂离子正极资料常识产权费，据说是一吨要收5万。做钴酸锂三元资料大约一吨的利润或许也不到5万，他们就到海淀常识法庭把咱们告了，后来我国的做正极资料的企业联合物理所和他们庭外和解，因为咱们有这个专利，所以他们再也没有提要收专利费的问题。看得出来，不是咱们的原创资料，可是咱们做了作业，咱们也请求了咱们的专利，对于保护咱们自己的企业是很有优点的。
第二个例子便是磷酸铁锂。它是个绝缘体，咱们经过理论核算，它是个一维的离子导体，假如说你在锂位掺上铬这种大的离子的话，就把这个锂的通道阻塞了，这样是不可的，没法用。后来就有人又提出来一个在铁位掺钠。铁位掺钠的时分，颜色变黑了，电导率也提高了几个数量级，它的离子电导率和电子电导率都挺好。所以法国和德国科学家认可这个作业，这是唯一的一条可行的路，打破了国外的原始专利对磷酸铁锂资料的垄断。这样才有咱们现在各锂电池企业在恰当大量地运用磷酸铁锂资料，不受国外常识产权的影响。
从这两个例子可以看得出来，尽管咱们没有做原始立异，可是咱们给它改性、再立异了，也是非常重要的。
刚才讲的是两个正极资料，那么现在我讲负极资料，这是咱们的原始立异了。清华大学很早就请求了天然石墨做锂离子电池负极的专利。两年前，它请求了国家的创造奖，这个创造奖就等于是供认了咱们用天然石墨做锂离子电池的负极是咱们的常识产权。光有石墨还不可，石墨的容量是比较低的，372毫安时每克。硅的容量实际上是恰当高的，那么硅能不可以作为锂离子电池的负极呢？1999年我就做了这个作业，请求了榜首个专利。所以国际上榜首个硅作负极的专利是咱们请求的，这个是美国人也供认的。可是你要把它用上，仍是恰当困难的。从几百毫克到几百公斤，用了17年的时间，这17年咱们走的路从文章变成技能，然后变成产品，变成市场。
咱们现在的原资料基本上是现已国产化，进口的量现已恰当少，一起咱们的设备绝大部分也都是国产化的设备，更不必说员工的技能，现在基本上都是咱们自己培养的技能。
2怎样破解锂离子电池引发的“焦虑”？
现在有两个问题，一个是安全问题，一个是路程问题，安全问题和路程问题都跟锂离子电池有关系。
我觉得电动轿车应该把车跟电分隔，便是买车和买电池要分隔。最好是买一辆电动车，我每天上班，假如是从天安门到清华或许到五环路就可以，或许也便是30公里，那是不是买一辆车能开30公里就行了？纷歧定非得要开100多公里、200公里，也便是说装10度电就够了。那么车子的钱加上这10度电的电池的钱必定不会超越10万元钱，大约五、六万我就可以买一辆车。可是我要开长途车怎样办？能不能我开长途车的时分再去租电池？也便是说要专门成立一个电池的公司。
锂离子电动车的安全事端时有发生，尽管它的安全事端并没有燃油车的事端多，可是它是个新生事物，一旦有一个锂离子电池车焚烧了或许是爆炸了，网上立刻就传开了，并且传得很快。这样锂离子电池电动车或许就会受一些影响，产销都会受一些影响。路程问题是指锂离子电池现在的能量密度还不行高，充一次电大约行进路程也便是100多公里、200多公里。
实际上我是不主张快充的，因为现在锂离子电池的机理决议了它是刺进式反响，便是说你要答应离子可以有时间把它插进去。并且现在咱们所用的正极资料也好，负极资料也好。负极资料用石墨，石墨是个层状结构，层状结构只有离子要对着那个层才能插进去。假如说正好那个石墨跟它离子是垂直的，它进不去，它就要转一个90度才能进去。所以你要给它一个转90度的时间，假如说你不给它一个时间，直接快充的话，它转不过去就会在石墨片上堆积下来，这样对电池寿命是晦气的。相同，放电的时分，假如特别快地放电，倍率太大了也不可，它也是层状结构的。一个正级资料它回去也是相同，它是要找准那个狭缝它才能进去，假如它找禁绝的话也进不去，也要等着有时机它才能往里走。所以说我不主张快充，我是最期望换电池的。恰当的倍率充是可以，可是特快了不可，换电形式是好，可是做起来恰当困难，标准欠好一致。这个一定要国家一致来考虑，假如说国家不出台方针一致考虑的话，那是很难做的。
我大约一个月曾经，在北京打了一个出租车，从圆明园到中关村，我坐的正好是电动轿车。我就问他，这个车跑一天充几次电，他说我不充电我是换电。我说北京有换电吗？他说有，北京出租车全部是换电。便是说现在换电他不必管，你开到那儿去，就有人帮你把电换了，他们仍是喜爱开电动出租车。所以将来咱们处理退补今后，我觉得一个不让销路往下滑的很重要的事，便是咱们是不是可以再回过来重新考虑换电的形式。
从2009年开端，我国轿车产销量接连11年位居全球榜首。随之而来的则是石油消耗量剧增、空气质量恶化等一系列扎手问题。前所未有的动力危机，让新动力的开发利用火烧眉毛。对轿车来说，不论什么样的新动力，终究都是转化为电能驱动车辆，而电池作为贮存电能的动力核心，其功能在新动力轿车的研制中扮演着极为要害的人物。锂离子电池能否彻底治愈“轿车病”？它能不能帮助咱们构建起动力互联网，破解动力危机？
现在蔚来公司有一种换电的形式，它从北京开到深圳，每开一步它是有当地换电，几分钟就可以换完，充电最快是大约一刻钟，便是喝一杯咖啡的时间。一刻钟现已是够快的了，换电的话它几分钟就可以换完。因为我最早观赏换电是在清华，清华里头有一个换电的设备，车开上去之后就把车给顶起来，换电的设备都在地底下，很快就把它换掉了。可是这个车一定要标准化，电池一定要标准化。所以这就要求国家要一致出台方针，便是换电的方针。
3“电动我国”能否破解动力危机？
咱们开展电动车不是为开展电动车而开展电动车，实际上是跟咱们国家的动力状况密切相关的。2004年，咱们工程院做的一个咨询项目，便是2050年我国的油气资源的状况怎样样。这个执行项目的成果大约是这样：到2050年，我国自产石油大约每年1.8亿吨是没问题的，便是说从现在开端到2050年还可以在1.8亿吨每年的这个水平。
实际上这条红线便是1.8亿吨，去年大约是1.9亿吨，石油的对外依存度最好不要超越50%。2017年进口石油是4.2亿吨，国产石油1.92亿吨，对外依存度到了68.6%，现已远远超越50%了。那么咱们的轿车的保有量是2.17亿辆，每千人是167辆，国际平均每千人是131辆，咱们现在比国际平均水平稍稍高一点，但跟美国的每千人800辆那还差得远。轿车的油耗，假如说依照一辆车一年平均两吨油来算的话是4.3亿吨油，也便是说，咱们进口4.2亿吨给轿车用掉了。
《巴黎气候协议》规定温度的升高不能高过两度，这也是咱们的期望。因为现在像咱们国家的西部那些雪山好像也都开端消融，你看美国排放量比咱们低，本来它是第1位，那么现在咱们我国第1位。因为印度现在开展很快，它假如不控制的话必定要远超越我国。咱们期望交通可以电动化，小城市是自行车、轿车、公交车，大城市多一个地铁，城市间现在有高铁，现在有飞机、有船只。咱们期望包括高铁、飞机 船只都可以电动化，便是电动轿车、电动飞机、电动船只，这就要靠锂电池。
最近发现了两个大油田隐藏量是10亿吨，这都是作为特大喜讯报的。我问了他们回采率是多少，他说回采率或许低于50%，大约40%。两个油田的话，也便是说两年不必进口，可是第三年还要进口，并且不或许老有像这种10亿吨的油田被发现。所以从这个可以看得出来，咱们的储油现在只够40天用，而日本的储油是200天。咱们国家储油期望可以是100天，这样的话，实际上咱们最近几年这个储油量现已是大大添加了。
动力安全是一个很重要的作业，其时咱们分了几个组，一个是电替代组、煤替代组、生物质能替代组和总体组。我是电替代组的，便是开展电动车替代进口油，这是咱们电替代组的一个结论。别的要考虑全球二氧化碳的排放，因为咱们是参加了《巴黎气候协议》的，我国2010年二氧化碳排放量开端急剧往上升，最近几年稍稍往下掉一点，然后又往上升了一点。我国的二氧化碳的排放量是国际榜首，所以实际上咱们遭到的压力是恰当大的。
沈阳有一个企业做了一架电动飞机，是两个座的。但实际上你们从网上看的话，2010年上海一个民营企业现已做了一个电动飞机，也是两个人的，现已试飞成功。实际上现在电动飞机做得好的是以色列人，现在做九个座位的。所以现在咱们除了电动轿车，还要开展电动船只和电动飞机。
实际上现在我国现已有电动船只了，是在广州的一个2000吨的电动船，它用的电池的量大约是八十几辆电动车的电池量，是在珠江运煤做运输的这个船。在上海也有500吨的这种船，不止一艘，有好几艘了。别的在溧阳现在现已注册了一个电动船只的公司，那是哈理工的李革臣教授注册的一个公司。有人说电动轿车并不削减二氧化碳的排放，实际上这个电就从电网的电，从发电厂到用户，它是分顶峰电和低谷电。峰电和谷电它的价格不相同，要鼓舞用低谷电。
别的，咱们开展太阳能跟风能、水能、核能，这几种动力对二氧化碳的排放当然是恰当少，可是这些动力实际上它都要储能的。原来我对太阳能没有什么形象，我观赏过北京邻近的张北我才知道，太阳能实际上更需求储能。就说一朵乌云来了今后，把太阳一遮，它的发电突然一下就小了，简直就为零了。当这朵乌云一走，立刻这个电流就上来了，所以它比风电更需求储能。风电，不论风来风走，我这个风叶还在那儿转。风来的时分转得快一点，风走了今后转得慢一点，所以它不像太阳能那么凶猛。风电、太阳能都需求储能，所以现在有的当地弃风弃光，还有水力发电的弃水，咱们弃风、弃光、弃水大约电量是1100亿度电每年，可以够600万辆电动轿车用一年。实际上你只需可以把储能搞好了，你不要添加新的发电厂，不要多烧煤，你就把这个谷电用起来就可以了。
实际上便是咱们要建一个动力互联网，这个实际上现已提了好几年了。从咱们现在的动力开展状况来看，现在便是必定要开展一些风能、太阳能、水能，绿色化开展，核能不能说它完全是绿色，但它是个新动力，所以这些必定是要开展。那么，要开展的话就必定要把一切这些动力应该有一个网把它“网”起来，所以便是说动力互联网。
最好我买了一辆电动车，我走到哪儿我都能充电，就跟现在自行车相同，我走到哪儿只需刷一下码，有自行车在那儿，我就可以骑一辆车走。将来也可以做到这么便利，我的轿车没有电了，我走到哪儿我有一个充电桩，一刷码我就可以充，或许说换电，这就当然是更不必说了。现在说互联网的概念还有云存储的概念，实际上将来都可以把这些概念用在动力上。因为现在动力的话仍是条块分割比较凶猛，便是国家电网它也是国家电网有一套，然后各个当地有当地一套。比方说现在是弃风弃光，那么它或许是为了削减弃风、弃光要各个省市分摊使命，这当然是国家的一种方法，可是假如动力互联网真正完成的话，我就可以把新疆的风能、太阳能存储起来，上网就可以了，别的当地有需求就可以用了，这样就比较便利。咱们现在有的当地电能很便宜，有的当地电能就很贵，假如可以把新疆的电弄到需求的当地不是挺好吗？我想动力互联网就要起这个效果。
现在清华大学新成立了一个动力互联网研讨院，便是想把互联网的概念用在动力上，可以把咱们国家的动力将来便是把绿色动力添加，把化石动力削减，我想这是动力互联网的一个效果。
4谁才是未来的终极电池？
现在的锂离子电池是液体电解质，那么能量密度现已基本上到了极限，大约300瓦时每公斤或许350瓦时每公斤，现已到了极限。那么安全性问题时有发生，因为它一个能量密度有限，一个安全事端会发生，所以这样咱们要考虑固态电池。
固态电池它是什么呢？现在咱们用的是锂离子电池，更全面一点包括像镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池这些都是液态电解质的电池。固态电池可以做得跟锂离子电池相同，只不过把电解液换成是固态。它是固态，便是里头不含液态或许液态含的很少。固态电池实际上不是一个新的东西，“六五”方案、“七五”方案咱们就将固态电池列入要点课题，那么科技部也是榜首个把固态电池这个课题列为严重项目。
固态电池的要害便是要研讨固体电解质资料，固态电池它的负极是用金属锂。中间这个电解质是固体，固体电解质不是液体，那么正极可以用不含锂的正极资料，也可以用现有的这种正极资料。假如说可以找出来不含锂的正极资料，或许说容量更高的，咱们就可以做出能量密度更高的固态电池，那么它的能量密度就可以大于每公斤500瓦时，那么它安全事端可以大大减小。
最近新引进的一位王雪峰博士，物理所把他引回来了，他把锂离子电池和锂氧电池混起来，他是用什么？用硫化钼作正极，二硫化钼它可以插锂进去，也可以插氧进去，形成一个新的化合物。混起来今后，它容量是恰当高的。这个作业咱们在物理所也请求了专利，所以这是新的一些思路，将来会对固态电池起效果。
实际上固态电池不是说没有短路的那一天，假如固态电池有短路那一天它会不会焚烧？金属锂在空气里头或许起某种反响，可是它的量比较小，它不会爆炸，所以安全性应该说是比现在的锂离子电池应该要安全。
固态电解质基本上咱们我国人没有原始立异，比较少。已然要开展固态电池，一定要有咱们的立异。常见的聚合物的资料就这么几种，PEO (聚环氧乙烷)、PP0(聚环氧丙烷)、PAN(聚丙烯腈)，它们的室温离子电导率都比较低。最近青岛动力所崔光磊做了一些新的作业，他可以室温下做到10的负4次方西门子每厘米，他的电池也用上了，所以应该说有新的进展。米歇尔·阿芒德听到崔光磊的陈述今后，第二天就给我发个E—MAIL，说看来我国人再一次走到了国际的前列。
所以我期望经过固态电池的开展来使咱们国家能从跟跑、并跑一向到领跑。一向保持国际市场占有率榜首位的方位。要保持这个榜首位地位的方位，我想对现在的锂离子电池的作业咱们不能放松，便是有许多立异的作业、立异的成果咱们要往工业化走。
日本人Kanno(菅野)我很佩服他，他一向坚持固体电解质一向没放，我觉得日本的这一点咱们是值得学习的。咱们的固态电池研讨作业从锂离子电池开端就基本上都放掉了、停掉了，可是现在，只是现在咱们又回过头来重新去做。我觉得重新去做也不晚，咱们还可以，实际上还可以赶得上，从现在的趋势来看咱们仍是有优势。所以锂电池的作业，无论是锂电池也好、固态电池也好、仍是液体电解质电池都是应该是有许多作业要鼓舞立异的。
除了这个以外，其他电池一定要做，比方说钠离子电池，你别看现在咱们做锂离子电池都是决心满满，可是全国际开的车都用锂离子电池的话，实际上锂是不行的。昨天米歇尔·阿芒德也给了一个数据，便是说全国际10%的电动轿车都用电池来开的话，它大约需求多少电池 ？60多亿吨仍是多少，量是恰当大的。这样的状况下，一定要开展像钠离子电池这一类资源比较丰富的电池。别的铝离子电池、镁离子电池或许是锌离子电池这些实际上也应该做的，特别是有些作业是咱们有优势，是咱们在先的。
钠离子电池是咱们有优势，榜首辆低速电动车是咱们演示的，榜首个100千瓦的电站是咱们演示的，然后就像锌离子电池的专利，人家也供认是我国的首要的专利。现在咱们正在做锂的或许镁的固态电池，我觉得这些东西的话咱们都是从头做起，我觉得是咱们只需捉住时机可以不抛弃，应该说是有时机走到国际前头的。
氢氧燃料电池不是电池，它实际上是个发电设备。便是说你有了氢了，我经过它加上氧我可以发电、发生电，它是个发电设备，不是电池。可是氢氧燃料电池咱们一定要研讨。氢它没有矿，它不像锂，锂有锂矿。我国的这个锂的资源尽管是没有南美洲那么多，可是咱们还算是锂资源比较丰富的国家，可是氢你没有。你将来氢从哪儿来？有人说你电解水制氢呢?那当然是可以电解水制氢，咱们都可以电解水制氢，可是电解水制氢要什么？要电。你有了电，以电解水制氢，然后氢你再把它装瓶也好，把它液化，终究你再把氢又用氢氧燃料电池去发电。便是说开端是电，终究仍是电，你都是用这电去开车。
假如说可以处理太阳能光解水制氢这个问题，那么将来咱们氢氧燃料电池的确是大有期望。氢氧燃料电池咱们要研讨，可是要大开展，便是说它要去替代锂离子电池的这个地位，不是近期的作业。
咱们现在应该考虑怎样样把“电动我国”从梦想变成现实，这是一个国家的急需。这些立异性很强的研讨，不论你是再立异仍是咱们自己的独创，都应该让我国锂电池由跟跑到并跑，终究完成领跑，为完成“电动我国”的这个梦想奠定基础。
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