本文刊載於《三聯生活週刊》2019年第42期，原文標題《鋰離子電池的未來》，嚴禁私自轉載，侵權必究

相比於之前的電池，鋰離子電池有哪些革命性的突破，在未來還可能有哪些更重要的應用？三位科學家為什麼要等待30多年才獲得諾貝爾獎？斯德哥爾摩大學教授、瑞典皇家科學院院士鄒曉冬在瑞典皇家科學院接受了本刊的採訪。

主筆/苗千

三聯生活週刊：請你介紹一下這三位化學獎得主最重要的科學成就。

鄒曉冬：這三位科學家對鋰電池商業化開發的整個過程，都做出了非常重要的貢獻。第一位威廷漢，他主要提出了用鋰離子可以做充電電池的設想，這是一個非常重要的貢獻。在上世紀70年代的石油危機中，埃克森美孚公司試圖找到一種新型能源。（當時在埃克森美孚工作的）威廷漢意外發現鋰可以有很大的能量儲存率。當時埃克森美孚公司想把鋰電池技術工業化，可是最大的問題在於用金屬鋰來做電池陰極容易爆炸，就是說它的安全性很低。

威廷漢當時的想法很好，先合成層狀硫化鈦，使得鋰離子可以從裡邊經過。陽極使用硫化鈦，陰極使用金屬鋰離子，那麼充電的時候就可以使鋰離子從一極流到另一極，放電的時候鋰離子再流回來，這就是一個充電電池。傳統電池所採用的材料一般都很重，現在用鋰的話就輕了很多，這是一個非常重要的里程碑。然而威廷漢意識到鋰離子雖然有很大的發展潛力，可還是存在問題，比如它的勢能比較低，只有2伏。

第二位得主古迪納夫的成就在於找到了一種更適合做鋰離子電池陽極的材料，叫作鈷酸鋰。從上世紀70年代到80年代，他歷經10年才找到了這種最好的材料。這種材料使得電池的能量密度提高了，這是一個很大的里程碑。至此，鋰金屬作為電池用料仍然還不穩定，它遇到空氣遇到水就會產生很大的能量，容易爆炸。那麼這是第三位諾貝爾獎得主吉野彰的貢獻，他找到了一個更好的陰極材料，配置成了可行的鋰離子充電電池。

這三位諾貝爾獎得主都為鋰離子電池的發展做出了非常重要的貢獻。鋰離子電池的發展並不是一步到位的，前後經歷了大概15年的時間。除了這三位，還有許多科學家做了很多工作。

三聯生活週刊：用鋰離子作為電池材料，相比於其他材料最大的優點是什麼？

鄒曉冬：首先，鋰離子最大的優點在於它是最輕的固體材料，在元素週期表上它是第三位。第一位是氫，可它是氣體。再者，鋰離子容易失去電子進行放電，也就是說可以給出電子；它很輕，可以儲存的電荷密度大、能量密度大，再就是能量的容量大，這些是它最大的優勢。以前的電池都很大，而且都對環境造成較大汙染，比如鋅、鉻元素等等。以前的電池材料都是合金，現在變成了氧化物。用鋰離子做電池可以做得很輕薄，這樣的話我們就可以應用在手機、手提電腦、心臟起搏器等儀器上。它較大的能量密度，還可以運用到電動汽車上。這是一個革命性的轉變，我們很多的儀器往後都可以變成便攜式的了。

這種材料的應用，對以後能源技術的發展也有推動。太陽能、風能都是可持續能源，但只有在有太陽有風的時候才能產生，那麼我們就需要一個暫時儲存能量的方式。把這些可持續能源產生的能量都儲存到鋰離子電池裡，或許會成為一種好的選擇。

三聯生活週刊：既然這三位科學家的科學成就都非常重要，那麼為什麼在30多年後才獲得了諾貝爾獎？

鄒曉冬：剛才諾貝爾委員會也介紹了，古迪納夫應該是有史以來年紀最大的諾貝爾獎得主。為什麼間隔了這麼長時間？因為很多的科學發展，都是從基礎科學慢慢轉變成很多人投身其中的研究，最後再轉變成一個有實用性的研究結果。手機、手提電腦、電動汽車的發展，實際上都是在最近一段時間才發展出來的。也就是說以前圍繞上述產品的研究與發現直到現在才對社會、對環境做出非常重大的貢獻，並且越來越明顯。

當然，我想將來鋰離子電池的發展狀況還遠不止於此，在諾貝爾獎的加持下，會有更多的人繼續在這方面投入研究。現在用的電極材料一般是鋰和其他過渡金屬的複合型氧化物，以後也許有可能將過渡金屬替換成更為普遍的金屬元素，所以還有很大的發展空間。現在很多裝置都需要用電，鋰離子電池或者其他任何類型電池的發展，都能夠有效地促進技術革命。

三聯生活週刊：你剛才說到鋰離子電池可以把很多儀器變成便攜式，甚至還可以用在汽車上，那麼它有沒有可能應用到更大的東西上，比如火箭？

鄒曉冬：這在理論方面並沒有特別大的約束。要應用在火箭上需要極高的能量密度，當然還可以看看能不能發展其他的新材料，使得性能提高幅度更大。現在研究鋰離子電池的人非常多，但真正的突破還不是很多。我相信在未來會有更大的突破，更廣泛的應用是完全有可能的。

三聯生活週刊：鋰離子材料除了用在電池方面，還有沒有其他的應用？

鄒曉冬：鋰離子肯定還可以有很多其他方面的應用。如果說現階段在日常生產生活中最普遍的應用，主要還是用作電池材料。

三聯生活週刊：現在大家都很關注環境問題，很多人可能用完一個電池之後隨手就扔掉了。如果我們隨手把鋰離子電池扔進垃圾箱，最後進入到土壤裡，可能會對環境產生什麼樣的影響？

鄒曉冬：相對於其他金屬來說，鋰離子對環境的影響不算很大。你要注意鋰離子電池裡邊鋰離子的比例是非常小的，它特別輕。其實有很多其他的元素，對環境影響可能更大。而且這些資源都是有限的，所以我想將來有一天鋰離子電池的回收會是一個非常重要的課題。現在使用鋰離子電池的電動汽車還不是太多，如果有一天電動汽車能夠完全取代燃燒原油的汽車的話，那麼鋰離子電池回收就會是一項至關重要的技術。

三聯生活週刊：我們現在的手機使用的都是鋰離子電池，但是仍然需要每天給它充電。鋰離子電池在未來的潛力究竟還有多大？有沒有可能在未來手機只要一個月甚至更長的時間充一次電就可以一直使用？

鄒曉冬：現在鋰離子電池方面的研究非常多，有很多研究就是在發現和發展其他新型材料，或者是材料配比、電池陰極陽極、電解質等方面。一種新材料使得手機充電的週期縮短，大概幾天充一次電就行，這肯定是未來持續發展的一種可能結果。未來的電池能量密度將提高更多，充電的速率也會同步攀升。下一代電池不一定是鋰離子電池，還有可能是其他材料的。

很多使用其他材料的電池也和鋰有關係，比如說鋰和氧氣電池、空氣電池或者是鈉離子電池等等。現在暫時還沒有任何一種其他電池能夠跟鋰離子電池競爭。當然研究還是繼續在開展，希望將來有一天鋰離子電池會被性能更好的電池取代，這也是科學發展的必然趨勢。

三聯生活週刊：這幾位科學家做出的突破大都在上世紀70至80年代。30多年來，這方面研究最大的突破是什麼？

鄒曉冬：我認為最大的突破在電極。從陽極材料的使用來說，鈷酸鋰是一個很好的材料，但是鈷的資源是有限的。鋰離子電池的應用將來會普及到每個人的生活中，它對鈷的需求量將會非常大。有研究者考慮用資源量更加豐富的鐵來代替，這實際上就是古迪納夫的後期貢獻，就是說可以用磷酸鐵鋰來代替鈷酸鋰。這是在材料使用上的突破。

電解質的成分也有很多突破，現在我們一般都是用聚合體來做電解質。陰極材料的研究近年來也有突破。從過去到現在都有各種針對鋰離子電池不同方面的研究在進行著，持續地對各方面進行優化。現在電池的發展非常快，它在不停地迭代。當然，最後還需要公司的大量投入，進一步實現鋰離子電池生產的產業化。

（感謝實習記者鍾可整理採訪錄音）

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