2019 年諾貝爾化學(xué)獎授予 Goodenough 等鋰電池開拓者北京時間 10 月 9 日下午 5 點 45 分，瑞典皇家科學(xué)院宣布將 2019 年諾貝爾化學(xué)獎授予美國德州大學(xué)奧斯汀分校的 John B. Goodenough 教授，紐約州立大學(xué) Binghamton 分校的 M. Stanley Whittingham 教授，以及日本旭化成公司化學(xué)家 Akira Yoshino，以表彰其在鋰電池研究開發(fā)的卓越貢獻。97 歲的 Goodenough 成為史上最年長的諾獎得主。

John B Goodenough，美國德州大學(xué)奧斯汀分校機械工程系教授，鋰電池之父，美國科學(xué)院和工程院兩院院士，曾獲 2001 年 Japan Prize，2009 年 Fermi Award，2011年美國國家科學(xué)獎?wù)潞?2014 年 Charles Stark Draper Prize。

Goodenough 1922 年 7 月 25 日出生，二戰(zhàn)老兵，本科畢業(yè)于耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)系，芝加哥大學(xué)物理博士，楊振寧先生的同學(xué)。 M. Stanley Whittingham，紐約州立大學(xué) Binghamton 分校化學(xué)和材料科學(xué)與工程教授，鋰電池研究先驅(qū)。

Whittingham 1941 年出生，本科、碩士和博士均畢業(yè)于牛津大學(xué)。加入 Binghamton 之前，長期在石油公司 Exxon 工作，從事電池研發(fā)。吉野彰 (Akira Yoshino)，1948 年生于日本。

1972 年吉野彰畢業(yè)于京都大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究專業(yè)。智能手機和電動汽車使用的鋰離子電池的開發(fā)者、旭化成公司研究員，旭化成株式會社吉野研究室室長，京都大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究專業(yè)特命教授。鋰電池是繼 LED 后又一個對人類文明作出突出貢獻并使其研究開拓者獲得諾貝爾獎的工業(yè)產(chǎn)品，是截至目前移動供電的最佳物質(zhì)載體，催生/優(yōu)化了新能源汽車、筆記本電腦、功能/智能手機、電動工具、無人機等多個行業(yè)，是一系列里程碑式應(yīng)用創(chuàng)新的底層支持者。

圖表1： 鋰電池基本組成


道阻且長，鋰電池研究半世紀不言放棄自上世紀下半葉以來，鋰離子電池的主要組成部分正極、負極、電解液、隔膜持續(xù)取得技術(shù)突破。

商業(yè)化的鋰離子電池以石墨或硅碳復(fù)合材料為負極，以含鋰的化合物如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰(三元材料)、磷酸鐵鋰等作正極，以有機溶劑溶解鋰鹽并摻雜不同類型添加劑形成耐正極氧化、耐負極還原的電解液作為鋰離子傳輸介質(zhì)，以多孔的聚乙烯、聚丙烯薄膜本身或輔以涂覆改性手段物理隔離正負極、絕緣電子而又允許鋰離子通過。鋰離子在正負極材料中嵌入、脫嵌從而實現(xiàn)充放電過程;在鋰離子嵌入或脫嵌的過程中，會同時伴隨與鋰離子等物質(zhì)的量的電子通過外電路在正負極傳導(dǎo)，由此完成閉路循環(huán)，并實現(xiàn)電池充電或?qū)ν怆娐纷龉Φ男Ч?br />
另外，富鋰材料、硫、氧氣等強氧化劑，鋰金屬/合金等強還原劑，聚合物、氧化物、硫化物等固體電解質(zhì)及多種鋰鹽等分別/耦合成為新型鋰離子電池的關(guān)鍵組元。在下一代電池(廣義涵蓋富鋰錳基電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、鋁等其他金屬空氣電池等)中，以鋰離子為載流子的各種新型鋰離子電池仍然占據(jù)著主要的研究方向。

圖表2： 鋰離子電池關(guān)鍵材料發(fā)明時間段

自 1990 年索尼推出商用的高安全性鈷酸鋰-石墨電池至今，以單體能量密度(比能量)提升情況作為評價標準，鋰離子電池技術(shù)的進步幅度約為每年 3%。但和其他二次電池技術(shù)相比，鋰離子電池體現(xiàn)了更快的進步幅度，超過鉛酸、鎳鎘、鎳氫等電池。鋰離子電池也體現(xiàn)了更好的倍率、循環(huán)性能，且成本下降幅度較快，同性能安全性也在持續(xù)改進。

圖表3： 二次電池技術(shù)進展(以能量密度提升計)


圖表4： 鋰離子電池技術(shù)進展(以能量密度提升計)

鋰電助力，新能源汽車產(chǎn)品力持續(xù)提升

純電動/插電混動汽車是新能源汽車的主要組成部分，鋰離子電池技術(shù)的進步直接驅(qū)動了優(yōu)質(zhì)新能源汽車產(chǎn)品的誕生，關(guān)鍵的評價指標是工況續(xù)航里程。以純電動乘用車為例，問世于 2008 年，采用鈷酸鋰-石墨電池的特斯拉 roadster 1 代證實了電動車的較高動力性。近 10 年后，采用鎳鈷鋁-硅碳電池的特斯拉 Model 3 證實了高性能電動車的可量產(chǎn)性和用戶接受度。

我國新能源汽車也有較多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。比亞迪、上汽、廣汽等等自主品牌都推出了有技術(shù)競爭力的車型，具備超過 400km 的工況續(xù)航，且輔之以較低的百公里電耗、較高的功率/扭矩，具備較高的電池系統(tǒng)能量密度。比亞迪、廣汽等車企還向國際汽車龍頭豐田輸出新能源汽車相關(guān)技術(shù);北汽新能源 EX3 通過多重碰撞測試。另外，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈也有相當國際競爭力。

圖表7： 國內(nèi)外典型純電動乘用車技術(shù)指標


行而將至，由鋰電諾獎看新能源汽車征程

Goodenough 教授以 97 歲高齡見證鋰離子電池的半個世紀發(fā)展歷程并獲諾貝爾獎，充分說明了技術(shù)進步對時間可能存在的高需求。鋰電池誕生初期，鋰金屬-液體電解質(zhì)體系危險性極高，幾乎導(dǎo)致電池技術(shù)路線夭折，但(立足于鋰離子本征優(yōu)勢的)持續(xù)研發(fā)使得其后來居上，成為最廣泛應(yīng)用的二次電池;對新能源汽車而言，其(配合高效燃煤機組/可再生能源電力的)節(jié)能減排作用已較顯著，相比于燃油車型的主要不足在于續(xù)航、快充難兼顧，成本仍偏高，有效使用壽命偏低，安全性仍有問題待解決。我們認為，新能源汽車雖然在系統(tǒng)能量密度方面不及燃油車型，但具備電驅(qū)、電控、電力系統(tǒng)的本征優(yōu)勢，具備和智能駕駛更好協(xié)同的潛力。續(xù)航里程、充電便捷性可以通過技術(shù)研發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和用戶習(xí)慣培養(yǎng)加以相當程度解決;成本可以通過提高直通率、規(guī)模效應(yīng)和優(yōu)化電池包帶電量等方式加以相當程度解決;使用壽命也可以通過電池材料、單體、系統(tǒng)集成等多方面的研發(fā)加以相當程度解決;安全性問題可以在科學(xué)、技術(shù)、工程等多角度著手，從電池材料、單體、系統(tǒng)集成、整車設(shè)計、數(shù)據(jù)回溯與整車使用優(yōu)化等方面持續(xù)發(fā)力加以相當程度解決。我們中性預(yù)期純電動乘用車有望在 2025 年附近實現(xiàn)對燃油乘用車的全生命周期成本優(yōu)勢，且產(chǎn)品力進一步提升;插混乘用車平價時間點可能更早;對電價較低、油價較高的國家或地區(qū)而言，營運車型相比于家用車型的平價時間點更早。 圖表8： 汽車產(chǎn)業(yè)全面電動化驅(qū)動力
當前，以中國、歐洲、美國(加州等區(qū)域)為代表的主要經(jīng)濟體，大眾、戴姆勒、寶馬、豐田、本田等為代表的主要傳統(tǒng)車企，對新能源汽車均有宏大的車型、銷量規(guī)劃及平臺開發(fā)實踐。大眾 MEB 平臺的首款車型 ID.3 已發(fā)布;豐田將其新能源汽車銷量 100 萬輛目標的實現(xiàn)時間自 2030 年提早至 2025 年。特斯拉、中國主要車企等對純電動轎車/SUV 的開發(fā)也在持續(xù)進行。我們認為，當前補貼退坡對新能源汽車銷量的影響是暫時的，高性價比路權(quán)產(chǎn)品、10-20 萬元區(qū)間性能-性價比兼顧產(chǎn)品、30 萬元左右/以上高性能體驗產(chǎn)品均有有效的用戶需求。隨著相關(guān)技術(shù)的進步、產(chǎn)品力的提升、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進和用戶習(xí)慣的培養(yǎng)，以純電動技術(shù)路線為代表的新能源汽車具備和燃油汽車分庭抗禮、長期共存、各具優(yōu)勢場景的能力。