2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給3位科學(xué)家，分別為美國(guó)科學(xué)家約翰·古迪納夫（John B. Goodenough）、英國(guó)科學(xué)家斯坦利·維丁漢姆（Stanley Whittingham）以及日本科學(xué)家吉野彰（Akira Yoshino），以表彰他們?cè)阡囯x子電池方面的研究成果。

“負(fù)債多年”的諾貝爾獎(jiǎng)，今年終于把欠“足夠好”先生債務(wù)給還清了。

作為一個(gè)汽車從業(yè)者，尤其是中國(guó)的汽車從業(yè)者，必須對(duì)這三位老先生致以崇高的敬意。正是他們創(chuàng)造的可充電的世界，讓電動(dòng)汽車成為了可能，也讓中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)擁有了“彎道超車”的機(jī)會(huì)。

一、 鋰離子電池之前的電動(dòng)車

眾所周知，電動(dòng)汽車的發(fā)明早于內(nèi)燃機(jī)汽車。

早在1834年， 托馬斯·達(dá)文波特在美國(guó)制造出一輛由不可充電的干電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車，跟現(xiàn)在的電動(dòng)車“電池+電機(jī)”的組合相同，這也導(dǎo)致出現(xiàn)了所謂“新能源不新”的說(shuō)法。它的行駛速度沒(méi)有超過(guò)6KM/H，也就是說(shuō)，你只要走得快一點(diǎn)，它就追不上你。

在1881年，法國(guó)工程師古斯塔夫.特魯夫以以鉛酸電池為動(dòng)力，打造了一輛可充電的三輪電動(dòng)車。這款車僅重160公斤，最高時(shí)速可達(dá)12km/h，勉強(qiáng)能夠跟騎共享單車的你并駕齊驅(qū)。

托馬斯·愛(ài)迪生在1901年甚至使用鎳鐵電池制造出了續(xù)航達(dá)到340.1公里的電動(dòng)車。不愧是發(fā)明大王，在百年前就能做出續(xù)航里程超300的電動(dòng)車，嗯，新能源汽車果然一點(diǎn)都不新。

盡管在20世界頭十年，電動(dòng)汽車的風(fēng)頭壓過(guò)了內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)汽車，但隨著技術(shù)的快速發(fā)展和生產(chǎn)方式的變革，以福特T型車為代表的內(nèi)燃機(jī)汽車價(jià)格迅速下降，僅為電動(dòng)汽車的10%，昂貴的電動(dòng)汽車隨之告別了市場(chǎng)。

二、 電動(dòng)汽車的“鋰想”

百年之間，純電動(dòng)汽車雖然數(shù)次復(fù)興，但始終難以撼動(dòng)燃油車的根基。純電動(dòng)車總是像流星一樣，一次又一次地在歷史的天空一閃而過(guò)。

盡管將包括鉛酸、鎳氫等在內(nèi)的各式各樣的電池?fù)Q了個(gè)遍，但電動(dòng)汽車始終無(wú)法在性能上與燃油車抗衡，首要原因就是電池的能量密度過(guò)低。

為什么廣泛應(yīng)用的鉛酸電池與鎳氫電池能量密度低？

電池反應(yīng)可以簡(jiǎn)單的理解為氧化還原反應(yīng)。以鉛酸電池為例，其充放電過(guò)程實(shí)際上是鉛元素得到與失去電子的過(guò)程。

中學(xué)化學(xué)告訴我們，元素原子一般只會(huì)得到或失去最外層的電子，內(nèi)層電子都只是“堅(jiān)強(qiáng)后盾”，只會(huì)精神支持；電子很輕，但為了達(dá)到電荷平衡的質(zhì)子很重，只喊口號(hào)的內(nèi)層電子配上的質(zhì)子的重量就顯得很多余了。

翻書(shū)找元素周期表，鉛(Pb)在第6排，鎳(Ni)在第4排，分別有5層和4層的內(nèi)層電子，電子轉(zhuǎn)移數(shù)/原子量數(shù)值太低，直接限制了其能量密度的上限。

按照電子轉(zhuǎn)移數(shù)多、原子量小的邏輯，直接往左上角找，答案就是最輕的金屬—鋰（Li）。

但鋰過(guò)于活潑，極易與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，直到1958年才由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的威廉·西德尼·哈里斯（William Sidney Harris）找到了兩種候選的電解液——碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)，這才使鋰電池成為可能。

早期的鋰電池負(fù)極通常是鋰單質(zhì)，其反應(yīng)方程式就是：

鋰離子在負(fù)極形成鋰時(shí)，當(dāng)熱不會(huì)乖乖的整齊排列，而是東一下西一下到處亂闖，從而形成“枝晶”。即便是數(shù)十年后的今天，鋰枝晶仍舊是整個(gè)鋰電行業(yè)人士的噩夢(mèng)，當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，鋰電池的壽命與安全情況可想而知。

在一籌莫展之際，邁克爾·斯坦利·惠廷漢姆（M. Stanley Whittingham）創(chuàng)造性地提出了讓電池中不存在金屬鋰的思路：以特殊的層狀材料作為宿主(hosts)，讓鋰離子(Li+)作為客人(guests)可以較為隨意地嵌入（Intercalation）或脫出，而基本不影響宿主的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。

電池中金屬鋰的消失，讓可充放的鋰離子電池真正成為可能?；萃h姆之后有了一個(gè)響亮的名號(hào)：“可充電鋰離子電池的創(chuàng)始之父”。

但如何提升能量密度的問(wèn)題還沒(méi)有答案。負(fù)極的問(wèn)題解決后，尋找合適的正極材料，讓鋰離子電池?fù)碛凶銐蚋叩哪芰棵芏瘸蔀榱酥攸c(diǎn)。

這次則由約翰·班尼斯特·古迪納夫（John Bannister Goodenough），傳奇的“足夠好”先生，擔(dān)任了英雄的角色。他的三次飛躍式突破徹底讓鋰離子電池迎來(lái)曙光，鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰均出自這位大師之手。

直到現(xiàn)在，幾乎所有的消費(fèi)電子產(chǎn)品，正極使用的都是鈷酸鋰材料。

商業(yè)化的終點(diǎn)前，所有的問(wèn)題只剩下了負(fù)極材料的確定。最終是吉野彰博士利用了聚乙烯作為負(fù)極，最終制造出了第一個(gè)商業(yè)化的可充電鋰離子電池。

電池的能量密度取得了突破性的進(jìn)展，電動(dòng)汽車終于看到了挑戰(zhàn)燃油車的希望。

第一輛搭載了鋰離子電池的電動(dòng)汽車，正是特斯拉的roadsteds/a>，一輛搭載了鈷酸鋰離子電池，百公里加速時(shí)間為3.7秒，最大續(xù)航里程約393公里的超級(jí)電動(dòng)車。對(duì)比起使用鉛酸電池（一代）和鎳氫電池（二代），只有144公里續(xù)航的通用EV1，搭載了鋰離子電池的特斯拉roadster無(wú)愧跨時(shí)代的產(chǎn)品。

至此，純電動(dòng)汽車終于擁有了與燃油車相提并論的資格。

三、 電動(dòng)化助力中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)“彎道超車”

提到中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)，國(guó)人總是怒其不爭(zhēng)，市場(chǎng)換技術(shù)換了幾十年，什么都沒(méi)有換到，汽車產(chǎn)業(yè)依然處于落后的狀態(tài)。其實(shí)中國(guó)自主品牌的建立，也僅僅是十幾年前的事情。

2000年10月，《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃的建議》首次闡明要大力振興汽車制造業(yè)，第一次提出要鼓勵(lì)轎車進(jìn)入家庭。此后，中國(guó)自主品牌汽車才開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)。

如何在短時(shí)間內(nèi)快速縮短自主品牌與國(guó)外百年老店的差距，建立起中國(guó)自主的汽車工業(yè)體系，成為了一個(gè)急需回答的問(wèn)題。汽車產(chǎn)業(yè)作為民用工業(yè)的集大成者，對(duì)于整個(gè)國(guó)家的工業(yè)基礎(chǔ)有著極高的要求，尤其是汽車的核心——發(fā)動(dòng)機(jī)。

在追趕的道路上，傳統(tǒng)領(lǐng)域困難重重，于是中國(guó)汽車從業(yè)者們將眼光投向了新能源賽道。

“十五”863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)、“十一五”863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大專項(xiàng)，可以說(shuō)，中國(guó)汽車的新能源化與汽車自主品牌是同時(shí)起步。在對(duì)各種技術(shù)方向進(jìn)行了考量，并結(jié)合了中國(guó)的具體情況，最終決定優(yōu)先發(fā)展純電動(dòng)汽車。而中國(guó)電動(dòng)汽車在起步階段，選擇的也正是John B. Goodenough老先生的磷酸鐵鋰電池。

基于鋰離子電池建立起來(lái)的中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)成為了世界最大的新能源汽車市場(chǎng)，自主品牌新能源汽車全球銷量占比達(dá)到了50%。在新能源汽車賽道上，中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了階段性的成功。

而取得這樣成績(jī)的前提，正是三位老先生的杰出貢獻(xiàn)。

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