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吉野彰:鋰電池重新定義未來

2020-03-03 13:48
中外文摘 2020年4期
關(guān)鍵詞:吉野鋰電池電池

吉野彰表示,目前鋰電池主要在日本、中國及韓國等三地企業(yè)中競爭,不排除美國和歐洲也會產(chǎn)出,“我認(rèn)為未來需要關(guān)注的是歐洲市場,它會有很大的機(jī)會。”

淡灰色的襯衫加暗條紋格領(lǐng)帶、剪裁利落的黑色西裝,坐在記者面前的是日本科學(xué)家吉野彰,他清瘦而有禮貌。

如果不是看過他的履歷,你絲毫覺察不出這是一位拿獎無數(shù)的“鋰電池之父”,全程從未談起自己有過什么榮譽(yù),淡定地聊著對鋰電池技術(shù)的理解,有一些問題會停下來思考良久再給出答案,說到興起時他也會仰起脖子大笑。

在一次中國會議上,吉野彰感慨于車用鋰電池和新能源汽車發(fā)展的迅猛之勢,也對中國鋰電池制造商的評價甚高。他笑言,借助于日本科技力量,鋰電池在研發(fā)上有了重大突破,而中國企業(yè)也正與全世界公司一道,讓鋰電池重新定義未來,“盡管技術(shù)千變?nèi)f化,然而與之相對應(yīng)的科學(xué)研究并非一日之功,在快慢之間尋求平衡與突破是科技的真正要義所在?!?/p>

擇一事專一生

剛剛獲得諾貝爾獎的吉野在獲獎當(dāng)日忙于接受各家媒體采訪,從傍晚一直忙到深夜。吉野說,那晚,他用梅酒舉杯慶賀,“睡得很香”,起床后“所有報紙都在(頭版)頭條做了報道。終于覺得這是真的了”。

次日早晨,獲得諾貝爾化學(xué)獎的日本旭化成公司名譽(yù)研究員、名城大學(xué)教授吉野神情愉快地到東京都千代田區(qū)的公司上班,受到了許多員工的鼓掌歡迎并獲贈花束。他笑著說:“大家的小孩想必都很開心吧。覺得爸爸的公司了不起!這是讓我最高興的?!彼€表示,要向97 歲高齡仍堅持科研的共同獲獎?wù)?、美國得克薩斯大學(xué)教授古迪納夫?qū)W習(xí),“只要還活著就要繼續(xù)研究”。

吉野還用開玩笑的口吻回顧稱,在接到瑞典皇家科學(xué)院的聯(lián)系時“還以為在拍整人節(jié)目”。他還表示:“覺得接下來(到12月頒獎儀式)的幾個月會很辛苦,要好好努力。”

吉野彰創(chuàng)造的價值難以估量,他從20 世紀(jì)80 年代開始就從事儲能方面的研究工作,研制的鋰電池帶來了徹底的技術(shù)革命,依靠它,錄音機(jī)、手機(jī)和平板電腦的體積和重量才越來越小巧,而純電動和混合動力等交通工具也開始使用鋰電池。吉野彰說,“2011年3 月,日本福島的悲劇帶來了巨大的破壞,核電站的災(zāi)難也再次告訴這世界,動力問題的解決需要不分國界的科學(xué)集結(jié)?!?/p>

與眾多日本科技學(xué)者的經(jīng)歷有些類似,吉野彰只服務(wù)過一家公司——旭化成。該技術(shù)的研發(fā)也是在這家著名日本化工公司的全力支持下完成的。1970 年3 月,吉野彰從京都大學(xué)工學(xué)部石油化學(xué)專業(yè)畢業(yè),隨后的兩年繼續(xù)攻讀了同校的工學(xué)研究專業(yè)并順利在1972 年4 月入職旭化成株式會社。

1980 年,旭化成成立了宮崎電子株式會社(現(xiàn)在的旭化成電子株式會社),從而正式切入電子元件產(chǎn)業(yè),這對于入行8 年的吉野彰來說也是人生的一大際遇,“而現(xiàn)在的鋰電池形狀是在這個5年之后即1985 年發(fā)明的,隨后進(jìn)行了各種各樣的產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)?!?/p>

他對記者說,自己感觸最深的也是那一年,當(dāng)時攝像機(jī)對鋰電池的需求被突然放大,全世界每個月能賣到100 萬臺左右,“難以想象的是,如今攝像機(jī)用電池市場也只能占鋰電池所有需求的1%,這也說明在30 多年的時間中這一技術(shù)發(fā)展的速度高達(dá)100 倍。從智能手機(jī)、電腦再到電動汽車,由于鋰電池的產(chǎn)生,這些科技產(chǎn)業(yè)也有機(jī)會獲得驚人的成長?!?/p>

1985 年之后,多個專利如防爆型二次電池、附帶安全元件的二次電池等被吉野彰獲得,他由此聲名鵲起。鋰電池是蓄電池的一種,它之所以相比其他電池更具前瞻性,主要還是因為安全性高、體積小、能量密度高等特性,而20 世紀(jì)80 年代也是移動設(shè)備研發(fā)的黎明期,鋰電池的出現(xiàn)也剛好順應(yīng)了時代發(fā)展?!霸谌粘I钪胁粩嗝骺蛻襞c這個社會到底需要什么,我們?nèi)绾卫每茖W(xué)技術(shù)來滿足這些需求,這是科研人員要做的。比起一本正經(jīng)地思考有啥新發(fā)現(xiàn),做一些調(diào)整并漫無目的地想想,有時靈感自然就會浮現(xiàn)出來?!奔罢帽硎尽?/p>

他說,以前蓄電池的電解液(含有離子的溶液)溶劑是水。對水施加1.5V 以上的電壓后,水會分解為氫和氧。因此,在過去是不可能取得超過1.5V 電動勢的。而用有機(jī)溶劑取代水,同時在負(fù)極使用碳,即可取得4V 以上的電動勢。

此外,通過正極使用鈷酸鋰(含有鋰離子的金屬氧化物),旭化成率先在世界上提出了鋰電池的原型。這種小型的蓄電池能用在手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)及攝像機(jī)、便攜式音樂播放器等為主的各種電子設(shè)備上,所以它的出現(xiàn)是重量級的。

鋰電池時代

隨后的1991 年,全球正式推出了商品鋰電池。一年后,吉野彰在公司的幫助下,擔(dān)任了離子二次電池事業(yè)推進(jìn)部商品開發(fā)組組長,1994 年8 月再次成為株式會社A&T 蓄電池技術(shù)開發(fā)部部長。

當(dāng)時,旭化成開發(fā)的鋰電池并不好賣,一段時間內(nèi)幾乎無人問津,突然有一天銷路被打開了,那是1995 年,“對于我們來說也是非常重要的一年,因為全球進(jìn)入了移動IT 時代,手機(jī)、平板電腦都要大量使用鋰電池,整個世界走向了移動互聯(lián),所以鋰電池也呈現(xiàn)了幾何級的增長?!?/p>

1995 年,微軟發(fā)布了具有劃時代意義的Windows 95操作系統(tǒng),它帶著“我的電腦”“IE 瀏覽器”等一系列發(fā)明一路狂奔、戰(zhàn)無不勝,全球科技界對Windows 95 的橫空出世不斷驚聲尖叫,而這對于大洋彼岸的科學(xué)家吉野彰而言,印象也太深刻了。

“我們身處IT 社會。這場IT革命起源于1995 年。正是在那一年,微軟發(fā)布了Windows 95。也就是在那之后,鋰電池引領(lǐng)了全球的搶購風(fēng)潮。”他說道。而吉野彰及一批科學(xué)家的新成果,也獲得了來自世界各地學(xué)會和專家們的共鳴。

由于技術(shù)出眾,1999 年起無數(shù)大獎被他一一攬入:日本政府的“紫綬褒章”、美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)的“IEEE Medal for Environmental and Safety Technologies”(環(huán)境與安全科技獎?wù)拢⑷兰夹g(shù)學(xué)會的最高獎項“The Charles Stark Draper Prize”(查爾斯·斯塔克·德雷珀獎)等。

在科技進(jìn)步的推動下,旭化成電子業(yè)務(wù)也取得了驚人成就。

成立于1922 年的旭化成株式會社是日本著名的化工企業(yè),2016年主營化學(xué)品的銷售額為84.49 億美元,全球化工企業(yè)排名39 位。這家日資巨頭從工程塑料、防火防震的建筑材料到醫(yī)藥用品、醫(yī)療器械以及電子等都處于世界領(lǐng)先。

吉野彰所在的鋰電池研發(fā),屬于旭化成材料領(lǐng)域,公司也極為重視。就商業(yè)產(chǎn)成品來說,旭化成在全球鋰電池行業(yè)的影響力則體現(xiàn)于隔膜材料的第一話語權(quán),擁有世界最高市場份額。憑借著2015 年2 月斥資22 億美元收購全球第三大電池絕緣體生產(chǎn)商美國Polypore International 公司的這一舉動,成為干濕法隔膜的主導(dǎo)廠家。

2017 年3 月,旭化成宣布投資150 億日元,用于滋賀縣守山市的鋰離子二次電池(LIB)用的隔膜,實現(xiàn)鋰電隔膜2 億平方米/年的產(chǎn)能,并預(yù)計在2020 年實現(xiàn)11 億平方米/年的產(chǎn)能。

由于隔膜在生產(chǎn)過程中技術(shù)壁壘不低,對設(shè)備及設(shè)計、產(chǎn)品批次穩(wěn)定性以及工人熟練程度都有著很高的要求,因此這一領(lǐng)域被日本旭化成、韓國SKI、東麗-BSF 以及美國Celard 等四大企業(yè)壟斷,市場占有率高達(dá)70%。不過,隨著鋰電池需求的增大,中國企業(yè)如滄州明珠、星源材質(zhì)也在盡快謀求發(fā)展,趕上鋰電池快速發(fā)展的節(jié)奏。

多技術(shù)路線并舉

20 多年前,當(dāng)Windows 95 到來的那一刻,吉野彰徹夜難眠。如今,他對于鋰電池的發(fā)展前景依然充滿著期待。

“就鋰電池本身而言,現(xiàn)在主要應(yīng)用在兩大領(lǐng)域:第一大領(lǐng)域是移動式產(chǎn)品,如手機(jī)、電腦,占鋰電池使用量的2/3 左右;第二大領(lǐng)域便是車載電池。世界變化的速度實在太快了,根據(jù)我們2010 年掌握的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,當(dāng)時車載用鋰電池幾乎是零,現(xiàn)在則要達(dá)到30%多,以后這一比例可能還會不斷增加。電動汽車的出現(xiàn),等于給鋰電池打開了一個新的應(yīng)用方向,是全新的商業(yè)機(jī)遇?!?/p>

他不否認(rèn),目前車載電池還是有一些弱點的,但這并不能歸結(jié)于鋰電池本身的技術(shù)困境,也有一些客觀原因。

筆記本電池畢竟經(jīng)歷了20 多年的時間,但車用電池的使用時長從被開始使用到目前還很短暫,汽車行業(yè)在一邊摸索新車型,一邊研發(fā)及制造著鋰電池。

另一方面,一輛汽車推出市場的時間很久,從設(shè)計到下線通常需要5 年的時間,而2017 年的一款全新電動汽車可能是2012 年設(shè)計出來的,包括鋰電池等配套產(chǎn)品也是過去的設(shè)計。反過來講,現(xiàn)在這輛新車其實裝的是一塊老電池。但是科技研發(fā)的速度很快,有的3 個月就需要更新一次,鋰電池也要面對這種技術(shù)難題。

“所以說,有人認(rèn)為電動車的續(xù)航里程還是太短,應(yīng)盡快解決,我認(rèn)為鋰電池確實有提高的空間,但你要明白車的開發(fā)和電池的周期性特點,給它一些時間來解決。如2015 年,人們看到了續(xù)航里程為200 公里左右的電動車,那么到了2020 年你可能會看到續(xù)航400 公里左右的車型。當(dāng)然也不排除個別車企在設(shè)計、研發(fā)及生產(chǎn)環(huán)節(jié)中比別人跑得更快,這也是階段性的突破?!奔罢谜f,續(xù)航距離會有變化,真正會變化到什么程度,現(xiàn)在也很難確定。LIB 種類多樣,市面上就有磷酸鐵鋰、三元鋰及鈦酸鋰等各類技術(shù)路線。

吉野彰認(rèn)為,從續(xù)航距離看,三元鋰電池還是有很大的優(yōu)勢,但如果車主和乘客并不在意每天的路程有多遠(yuǎn),而是考慮安全性和耐溫能力的話,那么磷酸鋰電池和鈦酸鋰電池確實也是好的選擇。“你不能說哪個技術(shù)一定是最強(qiáng)的,還是要看你對汽車的性能、安全性和其他需求是什么,所以我感覺在一段時間內(nèi)鋰電池的發(fā)展還是多重技術(shù)路線并舉的。”

讓他更為詫異的,還有中國鋰電池軍團(tuán)的突圍?!氨葋喌?、CATL 等企業(yè)都有著非常強(qiáng)勁的動力,技術(shù)層面上也很樂觀,”吉野彰說,日本和中國在制造鋰電池方面也有一些不同,“最大的區(qū)別在于材料上。日本在材料上的研發(fā)時間更長一些,因為有過去積累的經(jīng)驗,所以和崛起的中國廠商還不太一樣。反過來說,生產(chǎn)裝配、新機(jī)器等,兩國企業(yè)沒什么大區(qū)別。還有一點較關(guān)鍵,鋰電池是用在哪個國家、哪個市場的,當(dāng)?shù)氐男枨笫鞘裁?,要怎么去抓住它。?/p>

他說,目前鋰電池主要在日本、中國及韓國等三地企業(yè)中競爭,不排除美國和歐洲也會產(chǎn)出,“我認(rèn)為未來需要關(guān)注的是歐洲市場,它會有很大的機(jī)會。”

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