本系列文章，我們在從事提高電池性能研究30多年的東京工業大學特命教授菅野了次先生的監修下，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發展社會作貢獻的原因，以及替換鉛蓄電池的優點、再循環方法、未來的可能性。

1. 環境負荷小的鋰離子電池

為什么說鋰離子電池“可以為實現可持續發展社會作貢獻”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、鈷等環境負荷較低的物質。

2. 從鉛蓄電池換成鋰離子電池的優點

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點。

環境方面的優點

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、鈷等物質對環境的負荷小。所以，可以說在環境方面，鋰離子電池比鉛蓄電池更具有優點。

性能方面的優點

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，進行再循環的案例。

日本的電池再使用和再循環方法示例

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。可是因為車用鋰離子電池很大，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；

再循環有用資源

已確立鉛蓄電池等的再循環過程，但鋰離子電池的再循環還處于開發中的階段。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的成本還太高，這是一個課題。

4. 為可持續發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，為了實現可持續發展社會，“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，對環境的負荷小。

另外，還在推進利用鋰離子電池降低環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發展社會方面，各種實驗正在日本各地的社區展開。

另一方面，也不能單純地斷言“電氣化＝關愛環境”。即使電氣化，在發電過程中也可能繼續使用化石燃料，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療器械能用電池驅動，則能便于攜帶運送，或許可在發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的重大影響的工具。

文章來源：Murata村田中國