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疯狂的锂电池:英美日研发者获诺贝尔奖 中日韩市场之争中国后来居上

北极星储能网  来源:北极星储能网整理    2019/10/10 17:44:38  我要投稿  

北极星储能网讯:今日,锂电池让整个世界为之疯狂!

英美日三大科研专家在能源赛道接力研发荣获诺贝尔化学奖!

中日韩锂电池在全球市场之争日益激烈!

文丨北极星储能网整理

北京时间10月9日消息,瑞典皇家科学院决定将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫(John B· Goodenough)、斯坦利·威廷汉(M· Stanley Whittingham)和吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂离子电池发展上所做的贡献 。

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(图片来源 诺贝尔官网)

当前,锂离子电池在全球范围内用于为便携式电子设备供电。我们使用这些便携式电子设备进行通讯、工作、学习、听音乐和寻找知识。锂电池还促进了远程电动汽车的开发以及来自可再生能源(例如太阳能和风能)的能量存储。现在,这种轻巧、可充电且功能强大的电池已用于从手机到笔记本电脑和电动车的所有产品。它还可以存储来自太阳能和风能的大量能量,从而使无化石燃料社会成为可能。

许多在学术界、工业界甚至是独立工作的科学家和工程师都为电池的发展做出了贡献,他们也深深理解开发高效电池是一项非常困难的任务。因此,电池发展相对缓慢,只有极少数有效的电池配置在设计成功后应用多年。例如,我们仍然依赖于19世纪中期发明的铅酸电池。尽管如此,通过一系列突破性的多学科科学发现,包括电化学、有机和无机化学、材料科学等,研究人员解决了诸多挑战,终于锂离子电池成为现实,从根本上改变了我们的世界。

上个世纪70年代,M·斯坦利·威廷汉在研究超导体过程中发现了一种能量非常丰富的材料并将其用于锂电池,这个由二硫化钛构成的材料具有可以容纳锂离子的空间,可以被用于制作锂电池中的阴极。

基于M·斯坦利·威廷汉的发现,上世纪80年代,约翰·巴尼斯特·古迪纳夫发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。

利用古迪纳夫发现的钴酸锂,吉野彰采用聚乙炔为负极材料于1985年创建了首个商业上可行的锂离子电池。

电化学嵌入理论找到高储能容量材料

斯坦利·威廷汉现年77岁,1941年威廷汉出生于英国,1968年在英国牛津大学获得博士学位,随后在美国宾厄姆顿大学任特聘教授。目前担任纽约州立大学宾汉姆顿大学材料研究所和材料科学与工程专业的主任。

据诺贝尔奖官网介绍,锂离子电池的基础是在1970年代的石油危机期间奠定的。M·斯坦利·威廷汉致力于开发可能导致无化石燃料的能源技术的方法,在研究超导体过程中发现了一种能量非常丰富的材料并将其用于锂电池,这个由二硫化钛构成的材料具有可以容纳锂离子的空间,斯坦利·惠廷厄姆采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成了世界上首个新型锂离子电池。

近年来,威廷汉的研究集中在新型无机氧化物材料的制备及其化学和物理性质。最近,他的课题组发现了单相反应在电池电极放电中的关键作用。

一生为锂电池研究的足够好先生

锂电池的发展不是一蹴而就,但锂电池的三次改进都出自古迪纳夫及研究团队。今年97岁的John B Goodenough打破了诺贝尔奖得主年龄最高纪录。

古迪纳夫1922年出生于德国,幼年随父亲移民美国。1943年,古迪纳夫进入耶鲁大学,获得数学学士学位后参军。二战结束后,他重返学校获得芝加哥大学物理学博士学位。

“50岁才只是个开始。”

54岁时开始做电池

57岁上找到了钴酸锂材料

(所在研究单位牛津不愿帮忙申请专利,他最终把专利送给政府实验室,后被索尼买走继续开发出钴酸锂电池,Goodenough没有拿到钱并对此事毫不在意,“反正我做这个的时候也不知道会这么值钱”……他所获得过的各项奖金都没有为己所用,而是全部捐献给了学校。)

59岁找到了锰酸锂材料

64岁为避免退休,转入另一研究单位

75岁时候,又发现目前电动汽车和储能广泛应用的磷酸铁锂

90岁开始研究固态电池以提升容量和安全性,还有如何用更廉价易得的钠来取代锂。

94岁打造出全固态锂电池。

今年97岁的他还开玩笑说5年后、102岁时退休……

2019年10月9日,这位足够好先生获得诺贝尔化学奖

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首款商用锂电池在1991年问世

吉野彰1948年出生于日本大阪,现任旭化成研究员、名城大学教授。他是智能手机和电动汽车使用的锂离子电池的开发者、旭化成公司研究员,旭化成株式会社吉野研究室室长,京都大学大学院工学研究专业特命教授。吉野彰目前是旭化成集团的荣誉顾问,旭化成是全球最大的锂离子电池隔膜供应商。

当吉野彰决定开发一种功能性可充电电池时,他选择了古迪纳夫的钴酸锂作为阴极,并尝试使用各种碳基材料作为阳极。最终吉野彰则与其同事找到聚乙炔作为阳极材料。利用钴酸锂和聚乙炔,

1983年,制出世界第一个可充电锂离子电池的原型。

1985年研制出了世界首款锂离子电池。

1991年,吉野彰和古迪纳夫合作发明的锂离子电池终于由SONY首次推向市场实现商业化。

“发现适合做锂电池的材料,其实是一个漫长的过程。”吉野彰在接受诺奖揭晓现场的电话连线时说,他从1981年开始这项工作,直到1985年才完成,“这是一项受好奇心驱使的科研,最终惠及了整个人类”。

或许,在不久的将来,一起将人类带入无化石燃料社会!

中国在锂电池市场竞争力攀升华创证券指出,目前锂电池已经应用到人们生活的方方面面,我国也是锂电池主要的生产国之一。数据显示,2018年我国锂离子电池营业收入达到1727亿元,较2017年的1589亿元增长8.7%。锂离子电池的产量由1009亿瓦时增长到1242亿瓦时,增长23.1%。这主要得益于新能源汽车动力电池和储能用电池市场的快速增长。尽管关于锂电池的诺贝尔化学奖与中国科学家无关,但中国却已实实在在成为锂电池领域的三大强国,在锂电池三大强国中,中日韩三国唯有中国拥有丰富的锂资源和完善的锂电池产业链,以及庞大的基础人才储备,使中国大陆在锂电池及其材料产业发展方面,成为全球最具吸引力的地区,并且已经成为全球最大的锂电池材料和电池生产基地。中国的宁德时代、比亚迪在全球十大锂电池公司中分别排名第二、第三,尤其是来自福建小城宁德的这家公司已成为行业领军者。

随着锂电池的应用和广阔的市场空间,A股上市公司涉足锂电池业务的上市公司变得日益增多,不过,锂电池业务上目前已经属于典型的巨头争霸阶段,且市场份额也逐步向头部集中,国轩高科、孚能科技这些小玩家已经很难翻出浪花。数据显示,2018年,中国动力电池市场份额中,宁德时代市占率位列第一,占比为41.3%,其次为比亚迪、国轩高科和孚能科技,市占率分别为20.1%、5.4%、3.3%。据研究机构预测,我国锂离子电池市场整体趋势向好,到2020年,中国锂离子电池市场产量将达205.33 GWh。从下游应用市场看,锂电池主要分为动力电池、储能电池和3C电池三个领域。未来动力电池是锂离子电池领域增长最大的引擎,而储能领域也有巨大潜力,近年“储能电池”+“可再生能源”应用发展迅速。本次锂电池获得诺奖认可,相关领域公司望受市场关注。

A股目前锂电池行业公司数量庞大,从上游关键材料(负极石墨烯材料)相关企业,中游具有关键技术以及布局大型车企供应链中的锂电池龙头,以及下游的各种消费电芯和动力电池,中国的锂电产业已具备完整产业链。目前锂电池行业公司约为92家,总市值约达1.16万亿元。

上游锂电资源企业包括天齐锂业、赣锋锂业;电池材料和设备制造商的杉杉股份、大族激光、先导智能、格林美,以及电芯生产商比亚迪、宁德时代、亿纬锂能、国轩高科。

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综合自知识分子、券商中国、第一财经、新浪科技、人民网等


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