改变我们生活的锂离子电池 | 第五讲：为什么使用锂离子电池能够为实现可持续发展社会作贡献？

本系列文章，我们在从事提高电池性能研究30多年的东京工业大学特命教授菅野了次先生的监修下，从什么是锂离子电池、到被称为下一代锂离子电池的全固态电池的研究状况，做一个全面介绍专题。

第五讲谈谈锂离子电池为实现可持续发展社会作贡献的原因，以及替换铅蓄电池的优点、再循环方法、未来的可能性。

1. 环境负荷小的锂离子电池

为什么说锂离子电池“可以为实现可持续发展社会作贡献”呢？原因之一是因为通过将锂离子电池用于各种用途，“电气化”得到普及，石油和燃气等化石能源的用量减少，有助于抑制全球变暖。

另一方面，因为制造时所用材料里不使用镉、铅、汞等物质，所以人们说锂离子电池环境负荷小。镉、铅和汞等物质原来就存在于自然界，并不会对自然环境本身带来太大的影响。但是，如果过分摄取据说可能会对生物造成危害。制造锂离子电池的材料里所用的主要物质是锂、碳、锰、镍、钴等环境负荷较低的物质。

2. 从铅蓄电池换成锂离子电池的优点

人们经常将锂离子电池与铅蓄电池作比较。电池按产生电能的能源种类分为“化学电池”、“物理电池”和“生物电池”三大类。

“化学电池”是通过内部的化学反应来产生并取出电能的电池，分为干电池等一次性的“一次电池”、可以充电、反复使用的“二次电池”和持续取出通过化学反应产生的电能的“燃料电池”三种。人们经常将锂离子电池与铅蓄电池作比较，而这两种电池都被分类为“化学电池”的“二次电池”。

电池的分类

虽然同为二次电池，但从所用的材料来看，锂离子电池比铅蓄电池的环境负荷小。但因为铅是在世界上容易获取的物质，所以铅蓄电池的价格比锂离子电池还要低，而且其技术已基本成熟，具有高可靠性，基于这些优点，所以被广泛用于汽车电池等众多领域和用途。

但是，今后使用锂离子电池的场景将越来越多，现在使用铅蓄电池的产品也会渐渐地换成锂离子电池。不使用铅蓄电池而使用锂离子电池有下面几个优点。

环境方面的优点

过分摄取铅可能会对生物造成危害，而制造锂离子电池的主要材料——锂、碳、锰、镍、钴等物质对环境的负荷小。所以，可以说在环境方面，锂离子电池比铅蓄电池更具有优点。

性能方面的优点

锂离子电池比铅蓄电池的能量密度高、强力。能量密度是表示从一定质量或容积里能取出的能量大小的数值，可以说数值越大电池性能越高。按单位重量（体积）来比较此能量密度的话，铅蓄电池约为25〜50Wh/kg（50〜100Wh/L）；锂离子电池约为100〜250Wh/kg（200〜700Wh/L）。

另外，化学电池会“自放电”，不用时内部会发生少量的化学反应，电量逐渐减少。而锂离子电池不自放电，所以电池不易老化、耐用。

3. 锂离子电池可以再循环吗？

在日本，有关电池的再利用，有改变还留有容量的电池的用途的案例（再使用）；在工厂从完全无法使用的电池取出有用资源，进行再循环的案例。

日本的电池再使用和再循环方法示例

改变用途后再使用

譬如说电动汽车，如果充电一次后可以行驶的距离变短，就会被判断为电池已老化。可是因为车用锂离子电池很大，容量也大，即使无法用于汽车，也还留有相当多的容量。因此，可以将这些电池原封不动或更换、修理部分零件后用于其他用途；

再循环有用资源

已确立铅蓄电池等的再循环过程，但锂离子电池的再循环还处于开发中的阶段。一般来说，在工厂从使用后的废弃电池取出有用资源时，通过预处理将金属和塑料等分开，分离正极的原料。锂离子电池正极的材料是稀有金属锂和钴，如果再循环技术成熟，可以有效利用这些稀有金属。但是运用现在的技术进行再循环的成本还太高，这是一个课题。

4. 为可持续发展社会作贡献的锂离子电池

在现代社会里，石油、煤炭和天然气体等化石燃料作为能源，发挥着很大的作用。但是，化石燃料存在资源枯竭和排放二氧化碳等问题。今后，为了实现可持续发展社会，“摆脱化石燃料”是很重要的。作为解决措施之一引人注目的是“电气化”。如果将电能作为动力源的产品增加的话，燃烧化石燃料产生能源的情况可能会减少。

例如将锂离子电池作为电动汽车的能源就比边燃烧化石燃料、排放废气边行驶的汽车，对环境的负荷小。

另外，还在推进利用锂离子电池降低环境负荷的智能城市构想。例如千叶县柏市的“柏之叶智能城市”利用太阳能发电和锂离子电池等，架构分散型供电网，为整座城市有效利用电力作贡献。其他有关利用锂离子电池建设可持续发展社会方面，各种实验正在日本各地的社区展开。

另一方面，也不能单纯地断言“电气化＝关爱环境”。即使电气化，在发电过程中也可能继续使用化石燃料，所以同时增加引进可再生能源等很重要。另外，在锂离子电池的部分制造工艺序中使用可能对环境和人体健康有影响的NMP溶剂。已在开展溶剂的再利用和关爱环境地去除溶剂的举措，但还需要减少用量和切换为替代溶剂等进一步的举措。

5. 锂离子电池会带来一个什么样的未来？
从1970年代开始研究的锂离子电池即使能稳定使用，也应通过研究新材料等来提高性能。今后，锂离子电池的用途将不断增加，未来的世界是怎样一个世界呢？

锂离子电池的普及历史

至今为止，随着锂离子电池的性能提高，诞生了各种设备。1991年在世界上首次实现了锂离子电池的商品化，发售了装载锂离子电池的手机。此后，广泛用于摄像机、智能手机、无人机和电动汽车等各种用途。电脑和智能手机变得更为便利、易于使用，可以说正因为锂离子才使电脑和智能手机如此融入我们的生活。

今后，如果锂离子电池的性能进一步得到提高，电动汽车可能会进一步普及，而且电动飞机等新的移动工具也可能实用化。另外，在医疗领域也已在使用锂离子电池。例如：如果手术所用的各种医疗器械能用电池驱动，则能便于携带运送，或许可在发生事故的现场立即做紧急手术。

锂离子电池具有无限的可能性。它不仅方便了我们的生活，还可以说是具有改变社会状态的重大影响的工具。

文章来源：Murata村田中国

• 审核编辑 黄宇