改變我們生活的鋰離子電池 | 第五講：為什么使用鋰離子電池能夠為實現可持續(xù)發(fā)展社會作貢獻？

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，做一個全面介紹專題。

第五講談談鋰離子電池為實現可持續(xù)發(fā)展社會作貢獻的原因，以及替換鉛蓄電池的優(yōu)點、再循環(huán)方法、未來的可能性。

1. 環(huán)境負荷小的鋰離子電池

為什么說鋰離子電池“可以為實現可持續(xù)發(fā)展社會作貢獻”呢？原因之一是因為通過將鋰離子電池用于各種用途，“電氣化”得到普及，石油和燃氣等化石能源的用量減少，有助于抑制全球變暖。

另一方面，因為制造時所用材料里不使用鎘、鉛、汞等物質，所以人們說鋰離子電池環(huán)境負荷小。鎘、鉛和汞等物質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，如果過分攝取據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是鋰、碳、錳、鎳、鈷等環(huán)境負荷較低的物質。

2. 從鉛蓄電池換成鋰離子電池的優(yōu)點

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

“化學電池”是通過內部的化學反應來產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、反復使用的“二次電池”和持續(xù)取出通過化學反應產生的電能的“燃料電池”三種。人們經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)境負荷小。但因為鉛是在世界上容易獲取的物質，所以鉛蓄電池的價格比鋰離子電池還要低，而且其技術已基本成熟，具有高可靠性，基于這些優(yōu)點，所以被廣泛用于汽車電池等眾多領域和用途。

但是，今后使用鋰離子電池的場景將越來越多，現在使用鉛蓄電池的產品也會漸漸地換成鋰離子電池。不使用鉛蓄電池而使用鋰離子電池有下面幾個優(yōu)點。

環(huán)境方面的優(yōu)點

過分攝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、鈷等物質對環(huán)境的負荷小。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。

性能方面的優(yōu)點

鋰離子電池比鉛蓄電池的能量密度高、強力。能量密度是表示從一定質量或容積里能取出的能量大小的數值，可以說數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，化學電池會“自放電”，不用時內部會發(fā)生少量的化學反應，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?？墒且驗檐囉娩囯x子電池很大，容量也大，即使無法用于汽車，也還留有相當多的容量。因此，可以將這些電池原封不動或更換、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，通過預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)技術成熟，可以有效利用這些稀有金屬。但是運用現在的技術進行再循環(huán)的成本還太高，這是一個課題。

4. 為可持續(xù)發(fā)展社會作貢獻的鋰離子電池

在現代社會里，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，為了實現可持續(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”。如果將電能作為動力源的產品增加的話，燃燒化石燃料產生能源的情況可能會減少。

例如將鋰離子電池作為電動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)境的負荷小。

另外，還在推進利用鋰離子電池降低環(huán)境負荷的智能城市構想。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，架構分散型供電網，為整座城市有效利用電力作貢獻。其他有關利用鋰離子電池建設可持續(xù)發(fā)展社會方面，各種實驗正在日本各地的社區(qū)展開。

另一方面，也不能單純地斷言“電氣化＝關愛環(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，所以同時增加引進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一步的舉措。

5. 鋰離子電池會帶來一個什么樣的未來？
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，誕生了各種設備。1991年在世界上首次實現了鋰離子電池的商品化，發(fā)售了裝載鋰離子電池的手機。此后，廣泛用于攝像機、智能手機、無人機和電動汽車等各種用途。電腦和智能手機變得更為便利、易于使用，可以說正因為鋰離子才使電腦和智能手機如此融入我們的生活。

今后，如果鋰離子電池的性能進一步得到提高，電動汽車可能會進一步普及，而且電動飛機等新的移動工具也可能實用化。另外，在醫(yī)療領域也已在使用鋰離子電池。例如：如果手術所用的各種醫(yī)療器械能用電池驅動，則能便于攜帶運送，或許可在發(fā)生事故的現場立即做緊急手術。

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