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2022-03-22 17:14:08
鋰電池之父吉野彰：重新定義未來
2022-03-22 17:14:08 來源: 第一財經
淡灰色的襯衫加暗條紋格領帶、剪裁利落的黑色西裝，坐在第一財經記者面前的是日本科學家吉野彰，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的“鋰電池之父”，全程從未談起自己有過什么榮譽，淡定地聊著對鋰電池技術的理解，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。
時隔四年，應2017“第一財經技術與創新大會”的邀請，再次探訪上海的他，感慨于車用鋰電池和新能源汽車發展的迅猛之勢，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，鋰電池在研發上有了重大突破，而中國企業也正與全世界公司一道，讓鋰電池重新定義未來，“盡管技術千變萬化，然而與之相對應的科學研究并非一日之功，在快慢之間尋求平衡與突破是科技的真正要義所在。”
擇一事專一生
2013年，俄羅斯總統普京向在動力科研及科學創造方面取得杰出成就的人，頒發了俄羅斯全球能源大獎“The Global Energy Prize”，選中的全球技術專家有兩位，日本旭化成的吉野彰、俄羅斯科學院院士福爾托夫。
頒獎典禮上，被普京本人委托發獎的俄羅斯石油總裁伊戈爾·謝欽就評價道，這一獎項是人類對科學家們科研和實際成果的感謝表達，吉野彰創造的價值難以估量，他從上世紀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革命，依靠它，錄音機、手機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。
“接到來自莫斯科的電話我非常激動，”吉野彰說道，“2011年3月，日本福島的悲劇帶來了巨大的破壞，核電站的災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結集。”
與眾多日本科技學者的經歷有些類似，吉野彰只服務過一家公司——旭化成。該技術的研發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，吉野彰從京都大學工學部石油化學專業畢業，隨后的2年繼續攻讀了同校的工學研究專業并順利在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(現在的旭化成電子株式會社)，從而正式切入電子元件產業，這對于入行8年的吉野彰來說也是人生的一大際遇， “而現在的鋰電池形狀是在這個5年之后即1985年發明的，隨后進行了各種各樣的產品技術開發。”
他對第一財經記者說，自己感觸最深的也是那一年，當時攝像機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發展的速度高達100倍。從智能手機、電腦再到電動汽車，由于鋰電池的產生，這些科技產業也有機會獲得驚人的成長。”
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80年代也是移動設備研發的黎明期，鋰電池的出現也剛好順應了時代發展。“在日常生活中不斷摸索客戶與這個社會到底需要什么，我們如何利用科學技術來滿足這些需求，這是科研人員要做的。比起一本正經地思考有啥新發現，做一些調整并漫無目的地想想，有時靈感自然就會浮現出來。”吉野彰表示。
他說道，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。而用有機溶劑取代水，同時在負極使用碳，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、筆記本電腦、數碼相機及攝像機、便攜式音樂播放器等為主的各種電子設備上，所以它的出現是重量級的。
鋰電池時代
隨后的1991年，全球正式推出了商品鋰電池。1年后，吉野彰在公司的幫助下，擔任了離子二次電池事業推進部商品開發組組長，1994年8月再次成為株式會社A&T蓄電池技術開發部部長。
當時，旭化成開發的鋰電池并不好賣，一段時間內幾乎無人問津，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，因為全球進入了移動IT時代，手機、平板電腦都要大量使用鋰電池，整個世界走向了移動互聯，所以鋰電池也呈現了幾何級的增長。”
1995年，微軟發布了具有劃時代意義的Windows95操作系統，它帶著“我的電腦”、“IE瀏覽器”等一系列發明一路狂奔、戰無不勝，全球科技界對Windows95的橫空出世不斷驚聲尖叫，而這對于大洋彼岸的科學家吉野彰而言，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，微軟發布了Windows95。也就是在那之后，鋰電池引領了全球的搶購風潮。”他說道。而吉野彰及一批科學家的新成果，也獲得了來自世界各地學會和專家們的共鳴。
由于技術出眾，1999年起無數大獎被他一一攬入：日本政府的“紫綬褒章”、美國電氣和電子工程師協會(IEEE)的“IEEE Medal for Environmental and Safety Technologies”(環境與安全科技獎章)、全美技術學會的最高獎項“The Charles Stark Draper Prize”(查爾斯·斯塔克·德雷珀獎)等。
在科技進步的推動下，旭化成電子業務也取得了驚人成就。
成立于1922年的旭化成株式會社是日本著名的化工企業，2016年主營化學品的銷售額為84.49億美元，全球化工企業排名39位。這家日資巨頭從工程塑料、防火防震的建筑材料到醫藥用品、醫療器械以及電子等都處于世界領先。
吉野彰所在的鋰電池研發，屬于旭化成材料領域，公司也極為重視。
就商業產成品來說，旭化成在全球鋰電池行業的影響力則體現于隔膜材料的第一話語權，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商美國Polypore International公司的這一舉動，成為了干濕法隔膜的主導廠家。
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，實現鋰電隔膜2億平方米/年的產能，并預計在2020年實現11億平方米/年的產能。
由于隔膜在生產過程中技術壁壘不低，對設備及設計、產品批次穩定性以及工人熟練程度都有著很高的要求，因此這一領域被日本旭化成、韓國SKI、東麗-BSF以及美國Celard等四大企業壟斷，市場占有率高達70%。不過，隨著鋰電池需求的增大，中國企業如滄州明珠、星源材質也在盡快謀求發展，趕上鋰電池快速發展的節奏。
多技術路線并舉
20多年前，當Windows95到來的那一刻，吉野彰徹夜難眠。如今，他對于鋰電池的發展前景依然充滿著期待。
“就鋰電池本身而言，現在主要應用在兩大領域：一是移動式產品，如手機、電腦，占鋰電池使用量的2/3左右;第二大領域便是車載電池。世界變化的速度實在太快了，根據我們2010年掌握的數據統計，當時車載用鋰電池幾乎是零，現在則要達到30%多，以后這一比例可能還會不斷增加。電動汽車的出現，等于給鋰電池打開了一個新的應用方向，是全新的商業機遇。”
他不否認，目前車載電池還是有一些弱點的，但這并不能歸結于鋰電池本身的技術困境，也有一些客觀原因。筆記本電池畢竟經歷了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，汽車行業在一邊摸索新車型，一邊研發及制造著鋰電池。
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年設計出來的，包括鋰電池等配套產品也是過去的設計。
反過來講，現在這輛新車其實裝的是一塊老電池。但是科技研發的速度很快，有的3個月就需要更新一次，鋰電池也要面對這種技術難題。
“所以說，有人認為電動車的續航里程還是太短，應盡快解決，我認為鋰電池確實有提高的空間，但你要明白車的開發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年你可能會看到續航400公里左右的車型。當然也不排除個別車企在設計、研發及生產環節中比別人跑得更快，這也是階段性的突破。”吉野彰說，續航距離會有變化，真正會變化到什么程度，現在也很難確定。
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路線。
吉野彰認為，從續航距離看，三元鋰電池還是有很大的優勢，但如果車主和乘客并不在意每天的路程有多遠，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。“你不能說哪個技術一定是最強的，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鋰電池的發展還是多重技術路線并舉的。”
讓他更為詫異的，還有中國鋰電池軍團的突圍。“比亞迪、CATL等企業都有著非常強勁的動力，技術層面上也很樂觀，”吉野彰說道，日本和中國在制造鋰電池方面也有一些不同，“最大的區別在于材料上。
日本在材料上的研發時間更長一些，因為有過去積累的經驗，所以和近期崛起的中國廠商還不太一樣。反過來說，生產裝配、新機器等，兩國企業沒什么大區別。還有一點較關鍵，鋰電池是用在哪個國家、哪個市場的，當地的需求是什么，要怎么去抓住它。”
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