一、特斯拉的鋰電池夢(mèng)想有多大

　　美國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)制造商特斯拉（Tesla）正在內(nèi)華達(dá)州興建一座巨型電池工廠：Gigafactory，為其電動(dòng)汽車(chē)提供電力。設(shè)計(jì)年產(chǎn)量50GW.h。預(yù)計(jì)2017年投產(chǎn)，2020年達(dá)產(chǎn)。

　　50GW.h是什么意思?就是電池的總功率，就是相當(dāng)于50臺(tái)100兆瓦的發(fā)電機(jī)組的容量。即使效率較高的電廠，也相當(dāng)于每個(gè)小時(shí)耗標(biāo)準(zhǔn)煤一萬(wàn)五千噸。所以說(shuō)50GW.h的容量是一個(gè)相當(dāng)大的規(guī)模。

　　這種電池采用的是鋰電池技術(shù)，跟我們手機(jī)和筆記本電腦里用的電池是一個(gè)樣，只是用在汽車(chē)上功率和電壓不同，需要許多節(jié)電池來(lái)串聯(lián)（滿足電壓）和并聯(lián)使用（滿足電流和功率）。

　　再具體一點(diǎn)，特斯拉目前采用的是日本松下（Panasonic）18650型號(hào)的鈷酸鋰電池技術(shù)。特斯拉Model 3還擬采用電功率密度更高的20700鈷酸鋰電池。

　　不管使用什么型號(hào)，只要是鋰電池就要用鋰，這是怎么也繞不過(guò)去的。而這卻是一個(gè)坎兒。

　　二、鋰電池的分類(lèi)

　　實(shí)際上鋰電池有兩種，一種可以是真正的鋰電池，叫作鋰原電池，用鋰金屬做成，一次使用，不能再充。還有一種就是鋰聚合物電池，叫作鋰離子電池。我們通常使用的就是后者，可充電。本文的鋰電池都是指鋰離子電池。

　　鋰電池主要有四大組件：正極，負(fù)極，電解液和隔膜。正極是由鋰晶體組成的，電解液里也有鋰。隔膜把正負(fù)極隔開(kāi)。當(dāng)充電的時(shí)候，鋰離子就會(huì)在電解液力穿過(guò)隔膜從一邊到另外一邊，放電的時(shí)候就又回來(lái)。正負(fù)極就相當(dāng)于房子，鋰離子就在充電和放電中來(lái)回搬家。

鋰離子電池結(jié)構(gòu)

　　鋰離子的質(zhì)量好壞，就取決于這房子的好壞。如果鋰離子兩邊走的時(shí)候，房子倒了一些，或者把鋰?yán)渔i住出不去了，你的電池就使用時(shí)間不長(zhǎng)。如果房子一直完好，就可以反復(fù)充電下去而不減少容量。

　　當(dāng)然這個(gè)房子的比喻只是一個(gè)方面，如果鋰離子在游蕩的過(guò)程中產(chǎn)生熱，就會(huì)存在安全問(wèn)題。如果隔膜破裂就會(huì)出現(xiàn)短路問(wèn)題等等等等。

　　鋰電池的原理很簡(jiǎn)單，制作工藝也不復(fù)雜。一個(gè)研究生在實(shí)驗(yàn)室里，有一個(gè)手套箱一個(gè)馬弗爐再加上一些鍋碗瓢盆就可以自制鋰電池。

　　鋰電池易做，但是鋰電池要做好，卻是十分困難的事情。這就像炒菜，原材料要好，火候等都重要。這里只說(shuō)原材料中最關(guān)鍵的一種：鋰原材料。

　　三、鋰從哪里來(lái)？

　　鋰電池中的正極和電解液都需要鋰，其中正極用的鋰最多。正極材料有很多種，比如鎳鋰，鑷鈷鋰，錳鋰和磷酸鋰鐵等。什么樣的正極材料就叫什么電池。比如特斯拉用的鈷酸鋰電池就是用鈷酸鋰LiCoO2為正極材料。

　　正極材料中的鋰主要來(lái)自兩種產(chǎn)品：碳酸鋰和氫氧化鋰。目前，碳酸鋰占多數(shù)，氫氧化鋰占少數(shù)。但特斯拉用的鈷酸鋰正極卻是采用氫氧化鋰工藝，所以氫氧化鋰在最近開(kāi)始走俏。

　　碳酸鋰和氫氧化鋰的上游原材料有兩種：一種是鋰輝石（spodumene），一種氧化鋰含量在8%的硅鋁鋰晶體礦石。還有一種是鹽湖中的鹵水（brine）。鋰不是什么稀缺金屬，到處都有。海水里就有，但濃度太低。美洲還有鋰粘土，目前還處于研發(fā)階段。有經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值而且有商業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的就只有鋰輝石和鹽湖鹵水這兩種。

鋰輝石