大家是否知道日本傳統(tǒng)曲藝“落語”的經(jīng)典段子《三軒長屋》？故事發(fā)生在消防隊頭目、當鋪的年輕小妾、劍術(shù)老師居住的三棟一連的雜院。頭目家傳來的年輕人的大聲喧嘩、老師家傳來的吵鬧的練習聲令小妾不堪其擾。忍無可忍之下，小妾向當鋪的掌柜哭訴，掌柜于是決定以雜院已經(jīng)典當為由，將頭目和老師攆走。聽聞這個消息，頭目和老師來向掌柜要錢，說只要各給50兩，就馬上搬家。但搬完才知道，頭目搬到了老師家，老師搬到了頭目家注1）。

注1）這段落語是由中國明代的《笑府》中的笑話改編而成。

在此特意提這個段子，是因為鋰離子電池（LIB）的充放電反應(yīng)與“三軒長屋”一模一樣。

圖1：LIB的基本原理

正極（LiCoO2）與負極（C）之間通過交換Li+離子進行充放電。

圖1是LIB充放電機制的模式圖。其重點在于正極（這里是LiCoO2）與負極（石墨）都如圖所示，為層狀結(jié)構(gòu)。

通常的二次電池在充放電過程中會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，也就是化學(xué)反應(yīng)。比方說，Ni-Cd二次電池在充電時，正極發(fā)生氧化，從Ni（OH）2轉(zhuǎn)變?yōu)镹iOOH，在負極，Cd（OH）2還原為Cd（鎘）。放電則相反，NiOOH還原為Ni（OH）2，鎘氧化為Cd（OH）2。

但LIB不發(fā)生這樣的氧化還原反應(yīng)。充電時，正極層間的鋰離子（Li+）移動到負極層間，也就是“搬家”，除此之外再沒有其他現(xiàn)象。放電時，負極層間的Li+移動到正極層間。充放電不伴隨任何化學(xué)反應(yīng)，只是Li+在二者之間搬來搬去而已。簡直就是現(xiàn)實版的“三軒長屋”。因為離子在兩個位置間反復(fù)來回，所以LIB之類的電池也叫作“搖椅型電池”（但卻沒有三軒長屋型電池的說法）。

那么，我們是怎么發(fā)現(xiàn)這一機制的？這要先來回顧索尼的開發(fā)軌跡。

通過比賽選擇電極材料

從1980年代中期開始，二次電池的需求與日俱增。當時，索尼集團旗下?lián)碛须姵刂圃炱髽I(yè)——索尼能源技術(shù)（SET，現(xiàn)在的索尼能源設(shè)備），但該公司的強項在于堿性干電池和氧化銀電池等，并不生產(chǎn)二次電池。市場對于二次電池的需求愈發(fā)強烈。因此，開發(fā)小型、大容量的二次電池成為了SET這家電池企業(yè)的當務(wù)之急。

但索尼在二次電池領(lǐng)域完全是新軍，要想迎頭趕上，就必須加快開發(fā)速度。為此，索尼采取了以下策略。

①任命SET的高管擔任二次電池開發(fā)項目的主管。這樣一來，決定重要事項無需再一一提交申請書，加快了各項事務(wù)的決策速度。

②試制裝置和測量儀等的數(shù)量準備需要數(shù)量的幾倍。倘若儀器只有1臺，一旦發(fā)生故障，在修理期內(nèi)將無法使用，會阻礙開發(fā)的進行。準備兩臺可以避免耽誤時間。

③材料（正極材料、負極材料和電解液等）的庫存也必須達到需要量的2倍以上。因為如果某一種材料發(fā)生短缺，在訂購到交貨期間只能束手無策。