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锂电池之父吉野彰:锂电池重新定义未来
 
2017-6-29 2:27:10

 [ 电动汽车的出现,等于给锂电池打开了一个新的应用方向,是全新的商业机遇。尽管技术千变万化,然而与之相对应的科学研究并非一日之功,在快慢之间寻求平衡与突破是科技的真正要义所在 ]

  淡灰色的衬衫加暗条纹格领带、剪裁利落的黑色西装,坐在第一财经记者面前的是日本科学家吉野彰,他清瘦而有礼貌。

  如果不是看过他的履历,你丝毫觉察不出这是一位拿奖无数的“锂电池之父”,全程从未谈起自己有过什么荣誉,淡定地聊着对锂电池技术的理解,有一些问题会停下来思考良久再给出答案,说到兴起时他也会仰起脖子大笑。

  时隔四年,应2017“第一财经技术与创新大会”的邀请,再次探访上海的他,感慨于车用锂电池和新能源汽车发展的迅猛之势,也对中国锂电池制造商的评价甚高。他笑言,借助于日本科技力量,锂电池在研发上有了重大突破,而中国企业也正与全世界公司一道,让锂电池重新定义未来,“尽管技术千变万化,然而与之相对应的科学研究并非一日之功,在快慢之间寻求平衡与突破是科技的真正要义所在。”

  择一事专一生

  2013年,俄罗斯总统普京向在动力科研及科学创造方面取得杰出成就的人,颁发了俄罗斯全球能源大奖“The Global Energy Prize”,选中的全球技术专家有两位,日本旭化成的吉野彰、俄罗斯科学院院士福尔托夫。

  颁奖典礼上,被普京本人委托发奖的俄罗斯石油总裁伊戈尔·谢钦就评价道,这一奖项是人类对科学家们科研和实际成果的感谢表达,吉野彰创造的价值难以估量,他从上世纪80年代开始就从事储能方面的研究工作,研制的锂电池带来了彻底的技术革命,依靠它,录音机、手机和平板电脑的体积和重量才越来越小巧,而纯电动和混合动力等交通工具也开始使用锂电池。

  “接到来自莫斯科的电话我非常激动,”吉野彰说道,“2011年3月,日本福岛的悲剧带来了巨大的破坏,核电站的灾难也再次告诉这世界,动力问题的解决需要不分国界的科学结集。”

  与众多日本科技学者的经历有些类似,吉野彰只服务过一家公司——旭化成。该技术的研发也是在这家著名日本化工公司的全力支持下完成的。1970年3月,吉野彰从京都大学工学部石油化学专业毕业,随后的2年继续攻读了同校的工学研究专业并顺利在1972年4月入职旭化成株式会社。

  1980年,旭化成成立了宫崎电子株式会社(现在的旭化成电子株式会社),从而正式切入电子元件产业,这对于入行8年的吉野彰来说也是人生的一大际遇, “而现在的锂电池形状是在这个5年之后即1985年发明的,随后进行了各种各样的产品技术开发。”

  他对第一财经记者说,自己感触最深的也是那一年,当时摄像机对锂电池的需求被突然放大,全世界每个月能卖到100万台左右,“难以想象的是,如今摄像机用电池市场也只能占锂电池所有需求的1%,这也说明在30多年的时间中这一技术发展的速度高达100倍。从智能手机、电脑再到电动汽车,由于锂电池的产生,这些科技产业也有机会获得惊人的成长。”

  1985年之后,多个专利如防爆型二次电池、附带安全元件的二次电池等被吉野彰获得,他由此声名鹊起。

  锂电池是蓄电池的一种,它之所以相比其他电池更具前瞻性,主要还是因为安全性高、体积小、能量密度高等特性,而20世纪80年代也是移动设备研发的黎明期,锂电池的出现也刚好顺应了时代发展。“在日常生活中不断摸索客户与这个社会到底需要什么,我们如何利用科学技术来满足这些需求,这是科研人员要做的。比起一本正经地思考有啥新发现,做一些调整并漫无目的地想想,有时灵感自然就会浮现出来。”吉野彰表示。

  他说道,以前蓄电池的电解液(含有离子的溶液)溶剂是水。对水施加1.5V以上的电压后,水会分解为氢和氧。因此,在过去是不可能取得超过1.5V电动势的。而用有机溶剂取代水,同时在负极使用碳,即可取得4V以上的电动势。

  此外,通过正极使用钴酸锂(含有锂离子的金属氧化物),旭化成率先在世界上提出了锂电池的原型。这种小型的蓄电池能用在手机、笔记本电脑、数码相机及摄像机、便携式音乐播放器等为主的各种电子设备上,所以它的出现是重量级的。

  锂电池时代

  随后的1991年,全球正式推出了商品锂电池。1年后,吉野彰在公司的帮助下,担任了离子二次电池事业推进部商品开发组组长,1994年8月再次成为株式会社A&T蓄电池技术开发部部长。

  当时,旭化成开发的锂电池并不好卖,一段时间内几乎无人问津,突然有一天销路被打开了,那是1995年,“对于我们来说也是非常重要的一年,因为全球进入了移动IT时代,手机、平板电脑都要大量使用锂电池,整个世界走向了移动互联,所以锂电池也呈现了几何级的增长。”

  1995年,微软发布了具有划时代意义的Windows95操作系统,它带着“我的电脑”、“IE浏览器”等一系列发明一路狂奔、战无不胜,全球科技界对Windows95的横空出世不断惊声尖叫,而这对于大洋彼岸的科学家吉野彰而言,印象也太深刻了。

  “我们身处IT社会。这场IT革命起源于1995年。正是在那一年,微软发布了Windows95。也就是在那之后,锂电池引领了全球的抢购风潮。”他说道。而吉野彰及一批科学家的新成果,也获得了来自世界各地学会和专家们的共鸣。

  由于技术出众,1999年起无数大奖被他一一揽入:日本政府的“紫绶褒章”、美国电气和电子工程师协会(IEEE)的“IEEE Medal for Environmental and Safety Technologies”(环境与安全科技奖章)、全美技术学会的最高奖项“The Charles Stark Draper Prize”(查尔斯·斯塔克·德雷珀奖)等。

  在科技进步的推动下,旭化成电子业务也取得了惊人成就。

  成立于1922年的旭化成株式会社是日本著名的化工企业,2016年主营化学品的销售额为84.49亿美元,全球化工企业排名39位。这家日资巨头从工程塑料、防火防震的建筑材料到医药用品、医疗器械以及电子等都处于世界领先。

  吉野彰所在的锂电池研发,属于旭化成材料领域,公司也极为重视。

  就商业产成品来说,旭化成在全球锂电池行业的影响力则体现于隔膜材料的第一话语权,拥有世界最高市场份额。凭借着2015年2月斥资22亿美元收购全球第三大电池绝缘体生产商美国Polypore International公司的这一举动,成为了干湿法隔膜的主导厂家。

  2017年3月,旭化成宣布投资150亿日元,用于滋贺县守山市的锂离子二次电池(LIB)用的隔膜,实现锂电隔膜2亿平方米/年的产能,并预计在2020年实现11亿平方米/年的产能。

  由于隔膜在生产过程中技术壁垒不低,对设备及设计、产品批次稳定性以及工人熟练程度都有着很高的要求,因此这一领域被日本旭化成、韩国SKI、东丽-BSF以及美国Celard等四大企业垄断,市场占有率高达70%。不过,随着锂电池需求的增大,中国企业如沧州明珠(13.310, -0.11, -0.82%)星源材质(42.150, -0.39, -0.92%)也在尽快谋求发展,赶上锂电池快速发展的节奏。

  多技术路线并举

  20多年前,当Windows95到来的那一刻,吉野彰彻夜难眠。如今,他对于锂电池的发展前景依然充满着期待。

  “就锂电池本身而言,现在主要应用在两大领域:一是移动式产品,如手机、电脑,占锂电池使用量的2/3左右;第二大领域便是车载电池。世界变化的速度实在太快了,根据我们2010年掌握的数据统计,当时车载用锂电池几乎是零,现在则要达到30%多,以后这一比例可能还会不断增加。电动汽车的出现,等于给锂电池打开了一个新的应用方向,是全新的商业机遇。”

  他不否认,目前车载电池还是有一些弱点的,但这并不能归结于锂电池本身的技术困境,也有一些客观原因。笔记本电池毕竟经历了20多年的时间,但车用电池的使用时长从被开始使用到目前还很短暂,汽车行业在一边摸索新车型,一边研发及制造着锂电池。

  另一方面,一辆汽车推出市场的时间很久,从设计到下线通常需要5年的时间,而2017年的一款全新电动汽车可能是2012年设计出来的,包括锂电池等配套产品也是过去的设计。

  反过来讲,现在这辆新车其实装的是一块老电池。但是科技研发的速度很快,有的3个月就需要更新一次,锂电池也要面对这种技术难题。

  “所以说,有人认为电动车的续航里程还是太短,应尽快解决,我认为锂电池确实有提高的空间,但你要明白车的开发和电池的周期性特点,给它一些时间来解决。如2015年,人们看到了续航里程为200公里左右的电动车,那么到了2020年你可能会看到续航400公里左右的车型。当然也不排除个别车企在设计、研发及生产环节中比别人跑得更快,这也是阶段性的突破。”吉野彰说,续航距离会有变化,真正会变化到什么程度,现在也很难确定。

  LIB种类多样,市面上就有磷酸铁锂、三元锂及钛酸锂等各类技术路线。

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