鋰電池之父吉野彰:重新定義未來(lái)
淡灰色的襯衫加暗條紋格領(lǐng)帶、剪裁利落的黑色西裝,坐在第一財(cái)經(jīng)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(guò)他的履歷,你絲毫覺(jué)察不出這是一位拿獎(jiǎng)無(wú)數(shù)的“鋰電池之父”,全程從未談起自己有過(guò)什么榮譽(yù),淡定地聊著對(duì)鋰電池技術(shù)的理解,有一些問(wèn)題會(huì)停下來(lái)思考良久再給出答案,說(shuō)到興起時(shí)他也會(huì)仰起脖子大笑。
時(shí)隔四年,應(yīng)2017“第一財(cái)經(jīng)技術(shù)與創(chuàng)新大會(huì)”的邀請(qǐng),再次探訪上海的他,感慨于車用鋰電池和新能源汽車發(fā)展的迅猛之勢(shì),也對(duì)中國(guó)鋰電池制造商的評(píng)價(jià)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(guó)企業(yè)也正與全世界公司一道,讓鋰電池重新定義未來(lái),“盡管技術(shù)千變?nèi)f化,然而與之相對(duì)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。”
擇一事專一生
2013年,俄羅斯總統(tǒng)普京向在動(dòng)力科研及科學(xué)創(chuàng)造方面取得杰出成就的人,頒發(fā)了俄羅斯全球能源大獎(jiǎng)“The Global Energy Prize”,選中的全球技術(shù)專家有兩位,日本旭化成的吉野彰、俄羅斯科學(xué)院院士福爾托夫。
頒獎(jiǎng)典禮上,被普京本人委托發(fā)獎(jiǎng)的俄羅斯石油總裁伊戈?duì)?middot;謝欽就評(píng)價(jià)道,這一獎(jiǎng)項(xiàng)是人類對(duì)科學(xué)家們科研和實(shí)際成果的感謝表達(dá),吉野彰創(chuàng)造的價(jià)值難以估量,他從上世紀(jì)80年代開(kāi)始就從事儲(chǔ)能方面的研究工作,研制的鋰電池帶來(lái)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(lái)越小巧,而純電動(dòng)和混合動(dòng)力等交通工具也開(kāi)始使用鋰電池。
“接到來(lái)自莫斯科的電話我非常激動(dòng),”吉野彰說(shuō)道,“2011年3月,日本福島的悲劇帶來(lái)了巨大的破壞,核電站的災(zāi)難也再次告訴這世界,動(dòng)力問(wèn)題的解決需要不分國(guó)界的科學(xué)結(jié)集。”
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(guò)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2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(huì)社。
1980年,旭化成成立了宮崎電子株式會(huì)社(現(xiàn)在的旭化成電子株式會(huì)社),從而正式切入電子元件產(chǎn)業(yè),這對(duì)于入行8年的吉野彰來(lái)說(shuō)也是人生的一大際遇, “而現(xiàn)在的鋰電池形狀是在這個(gè)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(kāi)發(fā)。”
他對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者說(shuō),自己感觸最深的也是那一年,當(dāng)時(shí)攝像機(jī)對(duì)鋰電池的需求被突然放大,全世界每個(gè)月能賣到100萬(wàn)臺(tái)左右,“難以想象的是,如今攝像機(jī)用電池市場(chǎng)也只能占鋰電池所有需求的1%,這也說(shuō)明在30多年的時(shí)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(dòng)汽車,由于鋰電池的產(chǎn)生,這些科技產(chǎn)業(yè)也有機(jī)會(huì)獲得驚人的成長(zhǎng)。”
1985年之后,多個(gè)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?yàn)榘踩愿?、體積小、能量密度高等特性,而20世紀(jì)80年代也是移動(dòng)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(shí)代發(fā)展。“在日常生活中不斷摸索客戶與這個(gè)社會(huì)到底需要什么,我們?nèi)绾卫每茖W(xué)技術(shù)來(lái)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(wú)目的地想想,有時(shí)靈感自然就會(huì)浮現(xiàn)出來(lái)。”吉野彰表示。
他說(shuō)道,以前蓄電池的電解液(含有離子的溶液)溶劑是水。對(duì)水施加1.5V以上的電壓后,水會(huì)分解為氫和氧。因此,在過(guò)去是不可能取得超過(guò)1.5V電動(dòng)勢(shì)的。而用有機(jī)溶劑取代水,同時(shí)在負(fù)極使用碳,即可取得4V以上的電動(dòng)勢(shì)。
此外,通過(guò)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(lè)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(jí)的。
鋰電池時(shí)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(dān)任了離子二次電池事業(yè)推進(jìn)部商品開(kāi)發(fā)組組長(zhǎng),1994年8月再次成為株式會(huì)社A&T蓄電池技術(shù)開(kāi)發(fā)部部長(zhǎng)。
當(dāng)時(shí),旭化成開(kāi)發(fā)的鋰電池并不好賣,一段時(shí)間內(nèi)幾乎無(wú)人問(wèn)津,突然有一天銷路被打開(kāi)了,那是1995年,“對(duì)于我們來(lái)說(shuō)也是非常重要的一年,因?yàn)槿蜻M(jìn)入了移動(dòng)IT時(shí)代,手機(jī)、平板電腦都要大量使用鋰電池,整個(gè)世界走向了移動(dòng)互聯(lián),所以鋰電池也呈現(xiàn)了幾何級(jí)的增長(zhǎng)。”
1995年,微軟發(fā)布了具有劃時(shí)代意義的Windows95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(wú)不勝,全球科技界對(duì)Windows95的橫空出世不斷驚聲尖叫,而這對(duì)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(huì)。這場(chǎng)IT革命起源于1995年。正是在那一年,微軟發(fā)布了Windows95。也就是在那之后,鋰電池引領(lǐng)了全球的搶購(gòu)風(fēng)潮。”他說(shuō)道。而吉野彰及一批科學(xué)家的新成果,也獲得了來(lái)自世界各地學(xué)會(huì)和專家們的共鳴。
由于技術(shù)出眾,1999年起無(wú)數(shù)大獎(jiǎng)被他一一攬入:日本政府的“紫綬褒章”、美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)的“IEEE Medal for Environmental and Safety Technologies”(環(huán)境與安全科技獎(jiǎng)?wù)?、全美技術(shù)學(xué)會(huì)的最高獎(jiǎng)項(xiàng)“The Charles Stark Draper Prize”(查爾斯·斯塔克·德雷珀獎(jiǎng))等。
在科技進(jìn)步的推動(dòng)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(huì)社是日本著名的化工企業(yè),2016年主營(yíng)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(lái)說(shuō),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(yǔ)權(quán),擁有世界最高市場(chǎng)份額。憑借著2015年2月斥資22億美元收購(gòu)全球第三大電池絕緣體生產(chǎn)商美國(guó)Polypore International公司的這一舉動(dòng),成為了干濕法隔膜的主導(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(shí)現(xiàn)鋰電隔膜2億平方米/年的產(chǎn)能,并預(yù)計(jì)在2020年實(shí)現(xiàn)11億平方米/年的產(chǎn)能。
由于隔膜在生產(chǎn)過(guò)程中技術(shù)壁壘不低,對(duì)設(shè)備及設(shè)計(jì)、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(guó)SKI、東麗-BSF以及美國(guó)Celard等四大企業(yè)壟斷,市場(chǎng)占有率高達(dá)70%。不過(guò),隨著鋰電池需求的增大,中國(guó)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)Windows95到來(lái)的那一刻,吉野彰徹夜難眠。如今,他對(duì)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:一是移動(dòng)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(shí)在太快了,根據(jù)我們2010年掌握的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),當(dāng)時(shí)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(huì)不斷增加。電動(dòng)汽車的出現(xiàn),等于給鋰電池打開(kāi)了一個(gè)新的應(yīng)用方向,是全新的商業(yè)機(jī)遇。”
他不否認(rèn),目前車載電池還是有一些弱點(diǎn)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(shí)間,但車用電池的使用時(shí)長(zhǎng)從被開(kāi)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(chǎng)的時(shí)間很久,從設(shè)計(jì)到下線通常需要5年的時(shí)間,而2017年的一款全新電動(dòng)汽車可能是2012年設(shè)計(jì)出來(lái)的,包括鋰電池等配套產(chǎn)品也是過(guò)去的設(shè)計(jì)。
反過(guò)來(lái)講,現(xiàn)在這輛新車其實(shí)裝的是一塊老電池。但是科技研發(fā)的速度很快,有的3個(gè)月就需要更新一次,鋰電池也要面對(duì)這種技術(shù)難題。
“所以說(shuō),有人認(rèn)為電動(dòng)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(shí)有提高的空間,但你要明白車的開(kāi)發(fā)和電池的周期性特點(diǎn),給它一些時(shí)間來(lái)解決。如2015年,人們看到了續(xù)航里程為200公里左右的電動(dòng)車,那么到了2020年你可能會(huì)看到續(xù)航400公里左右的車型。當(dāng)然也不排除個(gè)別車企在設(shè)計(jì)、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。”吉野彰說(shuō),續(xù)航距離會(huì)有變化,真正會(huì)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(shì),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(shí)也是好的選擇。“你不能說(shuō)哪個(gè)技術(shù)一定是最強(qiáng)的,還是要看你對(duì)汽車的性能、安全性和其他需求是什么,所以我感覺(jué)在一段時(shí)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(guó)鋰電池軍團(tuán)的突圍。“比亞迪、CATL等企業(yè)都有著非常強(qiáng)勁的動(dòng)力,技術(shù)層面上也很樂(lè)觀,”吉野彰說(shuō)道,日本和中國(guó)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(shí)間更長(zhǎng)一些,因?yàn)橛羞^(guò)去積累的經(jīng)驗(yàn),所以和近期崛起的中國(guó)廠商還不太一樣。反過(guò)來(lái)說(shuō),生產(chǎn)裝配、新機(jī)器等,兩國(guó)企業(yè)沒(méi)什么大區(qū)別。還有一點(diǎn)較關(guān)鍵,鋰電池是用在哪個(gè)國(guó)家、哪個(gè)市場(chǎng)的,當(dāng)?shù)氐男枨笫鞘裁?,要怎么去抓住它?rdquo;
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