本系列文章，我們在從事提高電池性能研究30多年的東京工業(yè)大學(xué)特命教授菅野了次先生的監(jiān)修下，從什么是鋰離子電池、到被稱為下一代鋰離子電池的全固態(tài)電池的研究狀況，做一個(gè)全面介紹專題。

第五講談?wù)勪囯x子電池為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會作貢獻(xiàn)的原因，以及替換鉛蓄電池的優(yōu)點(diǎn)、再循環(huán)方法、未來的可能性。

1. 環(huán)境負(fù)荷小的鋰離子電池

為什么說鋰離子電池“可以為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會作貢獻(xiàn)”呢？原因之一是因?yàn)橥ㄟ^將鋰離子電池用于各種用途，“電氣化”得到普及，石油和燃?xì)獾然茉吹挠昧繙p少，有助于抑制全球變暖。

另一方面，因?yàn)橹圃鞎r(shí)所用材料里不使用鎘、鉛、汞等物質(zhì)，所以人們說鋰離子電池環(huán)境負(fù)荷小。鎘、鉛和汞等物質(zhì)原來就存在于自然界，并不會對自然環(huán)境本身帶來太大的影響。但是，如果過分?jǐn)z取據(jù)說可能會對生物造成危害。制造鋰離子電池的材料里所用的主要物質(zhì)是鋰、碳、錳、鎳、鈷等環(huán)境負(fù)荷較低的物質(zhì)。

2. 從鉛蓄電池?fù)Q成鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)

人們經(jīng)常將鋰離子電池與鉛蓄電池作比較。電池按產(chǎn)生電能的能源種類分為“化學(xué)電池”、“物理電池”和“生物電池”三大類。

“化學(xué)電池”是通過內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生并取出電能的電池，分為干電池等一次性的“一次電池”、可以充電、反復(fù)使用的“二次電池”和持續(xù)取出通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能的“燃料電池”三種。人們經(jīng)常將鋰離子電池與鉛蓄電池作比較，而這兩種電池都被分類為“化學(xué)電池”的“二次電池”。

電池的分類

雖然同為二次電池，但從所用的材料來看，鋰離子電池比鉛蓄電池的環(huán)境負(fù)荷小。但因?yàn)殂U是在世界上容易獲取的物質(zhì)，所以鉛蓄電池的價(jià)格比鋰離子電池還要低，而且其技術(shù)已基本成熟，具有高可靠性，基于這些優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛用于汽車電池等眾多領(lǐng)域和用途。

但是，今后使用鋰離子電池的場景將越來越多，現(xiàn)在使用鉛蓄電池的產(chǎn)品也會漸漸地?fù)Q成鋰離子電池。不使用鉛蓄電池而使用鋰離子電池有下面幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

環(huán)境方面的優(yōu)點(diǎn)

過分?jǐn)z取鉛可能會對生物造成危害，而制造鋰離子電池的主要材料——鋰、碳、錳、鎳、鈷等物質(zhì)對環(huán)境的負(fù)荷小。所以，可以說在環(huán)境方面，鋰離子電池比鉛蓄電池更具有優(yōu)點(diǎn)。

性能方面的優(yōu)點(diǎn)

鋰離子電池比鉛蓄電池的能量密度高、強(qiáng)力。能量密度是表示從一定質(zhì)量或容積里能取出的能量大小的數(shù)值，可以說數(shù)值越大電池性能越高。按單位重量（體積）來比較此能量密度的話，鉛蓄電池約為25?50Wh/kg（50?100Wh/L）；鋰離子電池約為100?250Wh/kg（200?700Wh/L）。

另外，化學(xué)電池會“自放電”，不用時(shí)內(nèi)部會發(fā)生少量的化學(xué)反應(yīng)，電量逐漸減少。而鋰離子電池不自放電，所以電池不易老化、耐用。

3. 鋰離子電池可以再循環(huán)嗎？

在日本，有關(guān)電池的再利用，有改變還留有容量的電池的用途的案例（再使用）；在工廠從完全無法使用的電池取出有用資源，進(jìn)行再循環(huán)的案例。

日本的電池再使用和再循環(huán)方法示例

改變用途后再使用

譬如說電動(dòng)汽車，如果充電一次后可以行駛的距離變短，就會被判斷為電池已老化?？墒且?yàn)檐囉娩囯x子電池很大，容量也大，即使無法用于汽車，也還留有相當(dāng)多的容量。因此，可以將這些電池原封不動(dòng)或更換、修理部分零件后用于其他用途；

再循環(huán)有用資源

已確立鉛蓄電池等的再循環(huán)過程，但鋰離子電池的再循環(huán)還處于開發(fā)中的階段。一般來說，在工廠從使用后的廢棄電池取出有用資源時(shí)，通過預(yù)處理將金屬和塑料等分開，分離正極的原料。鋰離子電池正極的材料是稀有金屬鋰和鈷，如果再循環(huán)技術(shù)成熟，可以有效利用這些稀有金屬。但是運(yùn)用現(xiàn)在的技術(shù)進(jìn)行再循環(huán)的成本還太高，這是一個(gè)課題。

4. 為可持續(xù)發(fā)展社會作貢獻(xiàn)的鋰離子電池

在現(xiàn)代社會里，石油、煤炭和天然氣體等化石燃料作為能源，發(fā)揮著很大的作用。但是，化石燃料存在資源枯竭和排放二氧化碳等問題。今后，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會，“擺脫化石燃料”是很重要的。作為解決措施之一引人注目的是“電氣化”。如果將電能作為動(dòng)力源的產(chǎn)品增加的話，燃燒化石燃料產(chǎn)生能源的情況可能會減少。

例如將鋰離子電池作為電動(dòng)汽車的能源就比邊燃燒化石燃料、排放廢氣邊行駛的汽車，對環(huán)境的負(fù)荷小。

另外，還在推進(jìn)利用鋰離子電池降低環(huán)境負(fù)荷的智能城市構(gòu)想。例如千葉縣柏市的“柏之葉智能城市”利用太陽能發(fā)電和鋰離子電池等，架構(gòu)分散型供電網(wǎng)，為整座城市有效利用電力作貢獻(xiàn)。其他有關(guān)利用鋰離子電池建設(shè)可持續(xù)發(fā)展社會方面，各種實(shí)驗(yàn)正在日本各地的社區(qū)展開。

另一方面，也不能單純地?cái)嘌浴半姎饣疥P(guān)愛環(huán)境”。即使電氣化，在發(fā)電過程中也可能繼續(xù)使用化石燃料，所以同時(shí)增加引進(jìn)可再生能源等很重要。另外，在鋰離子電池的部分制造工藝序中使用可能對環(huán)境和人體健康有影響的NMP溶劑。已在開展溶劑的再利用和關(guān)愛環(huán)境地去除溶劑的舉措，但還需要減少用量和切換為替代溶劑等進(jìn)一步的舉措。

5. 鋰離子電池會帶來一個(gè)什么樣的未來？
從1970年代開始研究的鋰離子電池即使能穩(wěn)定使用，也應(yīng)通過研究新材料等來提高性能。今后，鋰離子電池的用途將不斷增加，未來的世界是怎樣一個(gè)世界呢？

鋰離子電池的普及歷史

至今為止，隨著鋰離子電池的性能提高，誕生了各種設(shè)備。1991年在世界上首次實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的商品化，發(fā)售了裝載鋰離子電池的手機(jī)。此后，廣泛用于攝像機(jī)、智能手機(jī)、無人機(jī)和電動(dòng)汽車等各種用途。電腦和智能手機(jī)變得更為便利、易于使用，可以說正因?yàn)殇囯x子才使電腦和智能手機(jī)如此融入我們的生活。

今后，如果鋰離子電池的性能進(jìn)一步得到提高，電動(dòng)汽車可能會進(jìn)一步普及，而且電動(dòng)飛機(jī)等新的移動(dòng)工具也可能實(shí)用化。另外，在醫(yī)療領(lǐng)域也已在使用鋰離子電池。例如：如果手術(shù)所用的各種醫(yī)療器械能用電池驅(qū)動(dòng)，則能便于攜帶運(yùn)送，或許可在發(fā)生事故的現(xiàn)場立即做緊急手術(shù)。

鋰離子電池具有無限的可能性。它不僅方便了我們的生活，還可以說是具有改變社會狀態(tài)的重大影響的工具。

文章來源：Murata村田中國