看到今年的諾獎化學獎被授予了鋰離子電池的發明者,想知道為什麼手機、電腦這些電子產品為什麼選擇了使用鋰離子電池,如果沒有鋰離子電池會怎麼樣?

另外,為什麼有些電子產品又沒有採用鋰離子電池?

2019 年諾貝爾化學獎授予鋰電池,這項技術如何改變了我們的生活??

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第一個問題,如果沒有發明鋰離子電池,我們今天的手機,平板以及筆記本電腦,都沒法讓你僅憑電池放心大膽地玩兒上一個鐘頭。

鋰離子電池,是充放電壽命達到數百次以上的二次電源體系中,能量密度最高的,無論考慮質量還是體積。別看大家對於現在鋰離子電池的續航能力還多有不滿,可經歷過鎳氫甚至鎳鎘電池時代的人們都應該知道,今天的電子產品的續航能力,相對其不斷增大的功耗,已經得到了巨大提升。

對於攜帶型電子產品而言,人們總希望用上儘可能輕巧的產品。而性能和續航,這兩者永遠是矛盾的,永遠在天平兩端。如果質量和體積只有這麼大,你要提高性能,就必然要犧牲一點續航,反之亦然。哪怕電池技術有了突破,手機廠家也會拿出更多空間來裝處理器,內存。。即便今天的智能手機,所謂的低電量或者省電模式,也斷然不可能一邊保持高性能一邊節約功耗。而續航時間,等於總能量除以功耗,這應該算是小學生都能理解的問題了。

在鋰離子電池像今天這樣大規模應用之前,最常見的二次電池,也就是可以多次充放循環的電池,是兩種,一種是鉛酸,一種是鎳氫。這兩種電池的能量密度和循環性能,都要劣於目前的鋰離子電池。能量密度,等於比容量乘以電壓。看起來5號鎳氫容量相比18650鋰電也不差太多,但電壓的區別使兩者實際的能量仍有較大差距。如果以現在的技術水平,從單個電池的情況來看,鉛酸電池能存儲的電量,僅相當於同等重量鋰離子電池的1/10左右,鎳氫好一點兒,但也不會超過40%(原來寫的1/4,感謝評論區高人指點,確實不夠嚴謹)。現在一隻手機用的4000mAh鋰離子電池,正極鈷酸鋰算30g,負極碳就算14g,電解質算12克,再加上外殼什麼的,重量就算60g吧。上述重量因產品設計和製造水平而異,但只會多不會少。如果換成鉛酸或鎳氫電池,大家可以想想,僅電池一項,增加的重量就有多少?即便只考慮體積,如果現在電池體積不變,換成鎳氫,續航時間也要下降60%以上,鉛酸,那就更不用提了。因此,在鋰離子電池應用之前的世界,電子產品的續航能力,和今天相比,是望塵莫及的。手機之所以可以從大哥大到直板到翻蓋滑蓋,從小青屏到大彩屏,乃至於今天的超薄全面屏甚至柔性屏,鋰離子電池的應用是個基礎。

可以說,正是鋰離子電池的高能量密度,包括手機電腦的攜帶型設備纔可能真正大量使用,並拓展出今天這麼強大的功能。很多人抱怨說現在的手機反而不如以往續航時間長,那也是因為過去咱們除了打電話發簡訊,別的功能也實在沒有呀!這也是為什麼,對於需要平衡性能與功耗的攜帶型電子產品,鋰離子電池一定是最佳選擇。如果說鋰離子電池對消費者來說有什麼問題,那就是相對較高的價格和仍不夠完善的回收機制。

說到這裡,第二個問題的答案也就呼之欲出,今天的確還有少數電子產品沒有普遍地使用鋰離子電池。它們都有各種各樣的原因,雖說也不可一概而論。但最普遍的原因,其實就一條,它們功耗相對低,對電池的空間沒有過於苛刻的要求,因此不需要儘可能減小電池的體積來提高其他部分的佔比,以提高性能。

如一些無線發射和接收裝置,無線滑鼠鍵盤,遙控器等,再如掛鐘,按照現在的技術水平,即便用普通乾電池,不用什麼鋰電,換一次電池也都能用好久了。而且遙控器滑鼠掛鐘這類東西,體積還不能太小,這反而正好給了電池足夠多的空間,因此這些產品對於電池儘可能輕巧的需求相當低。反過來看,鋰離子電池貴一些不說,放電結束的鋰離子電池處理起來,可麻煩多了。你要重複利用,充滿一次也需要時間。哪怕你不心疼錢,用完了就要扔,可是出於各種原因,鋰電暫時還沒建成鉛酸蓄電池那麼完善的回收機制。作為一種能量密度較高的電池,即便不能放出電能,不代表沒有任何能量,廢棄的鋰離子電池隨便亂扔是危險的。既然如此,我何不找一種用完了就換,換下來就可以扔的普通電池呢?反過來看,只要是要求體積和重量盡量輕巧,而自身功耗又比較大的攜帶型設備,不只是手機電腦這些東西,哪怕是剃鬚刀,小電鑽這樣的設備,近些年可以說幾乎全是鋰離子電池的天下了。

最後說一個事兒,儘管有些囉嗦,但還需要強調一下,請注意,我在本回答中,並沒有使用鋰電池這個詞。原來的題目,我把它改了。初始提問者引用的文案,雖然在非學術領域這麼說是沒問題的,但如果從科學角度看,這個標題還不夠嚴謹。鋰離子電池同鋰電池是不同的概念,只是如今鋰離子電池的應用範圍遠遠大於一次鋰電池,在一般情況下,鋰離子電池也被統稱為鋰電池了。從英文來看,三位諾獎獲獎者的貢獻,應該被翻譯為對於鋰離子電池,而非鋰電池領域做出的貢獻。

鋰電池又叫鋰原電池,是一種先於鋰離子電池出現,且至今仍然有其自身應用領域的一種一次電池。目前很多車鑰匙用的2032紐扣電池,就是鋰電池,它的負極是金屬鋰,一般只用一次,不可多次充放電。儘管它也具有能量密度高的特點,但從原理上說,它與手機電腦用的鋰離子電池存在本質區別。儘管學術界一直在做鋰金屬二次電池的研究,可是目前為止還達不到商品化的條件。至少在目前,鋰電池的概念,還不應該和鋰離子二次電池相混淆。

至於鋰離子電池和鋰原電池的區別,這是一個較為專業的問題,簡單來說,為了具有實用的循環和安全性能,所謂的「鋰電池」,實際上在一般情況下,裡面並沒有金屬鋰。關於這個問題,知乎上已經有相當多的優秀回答,本人在此就不多談了。


每次新購入產品就充滿 10 小時,永遠不能隨時充電隨時拔掉


北京時間10月9日下午5:45諾獎化學獎公佈,瑞典斯德哥爾摩皇家科學院授予將此項殊榮,授予了約翰·B·古迪納夫(John B. Goodenough)、M·斯坦利·威廷漢(M. Stanley Whittingham )、吉野彰(Akira Yoshino)三人,以獎勵他們在鋰離子電池領域領域做出的貢獻。其中,97歲高齡的約翰·B·古迪納夫被人們稱為「鋰電池之父」。

簡單講,鋰電池體積更小,能量密度更大,儲能性狀更為穩定,工作溫度範圍寬,無記憶效應,可以快速充放電,而且使用壽命也更長,相比傳統電池等能量存儲設備來說更環保,因此更適合商用,成為絕大多數移動通訊設備、筆記本、各種便攜智能3C產品,乃至如今電動汽車等高端科技產品的核心配件。

如果沒有鋰電池,許多電器產品很可能還是笨重的大傢伙,便攜通訊設備的體積也小不了多少,就更別提輕薄的智能手機了。鋰電池的發展也成就了特斯拉這樣的電動車大拿。它不但改變了我們的生活,也掀起一場轟轟烈烈的新能源革命,意義重大。

不過,鋰電池並不完美。市面上主流鋰電池如三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池和鈦酸鋰電池也各有優勢和不足,如日中韓產業發展較為先進的三元鋰電池在安全性、耐高溫、壽命等方面仍有缺陷。就拿手機產品來說,目前電池體積已經壓縮到極致,在保證大容量電池的基礎上鋪滿各種新科技元件的餘地越來越小,何時才能迎來一塊電池用一週一個月不用充電的未來?縱觀鋰電池應用的數十年,並沒有比鋰電池更有優勢的能量存儲技術出現,像泡沫電池、流體電池雖然呼聲高,但還未達成突破性進展,暫時無法取代鋰電池的位置。

至於為啥有些電子產品沒有鋰電,我覺得主要是侷限於產品成本和市場定位——產品走極端性價比,電池就用最便宜的碳性或鹼性電池好了,成本給用戶自己,電池沒了自己換新續命就好。

人類目前在鋰電池領域還屬於慢慢蹭的階段。期待未來會有新的儲能技術取代它,但就現在而言,鋰電依然是唯一的主流選項,至少目前的智能手機產品,三五年內應該是逃不開鋰電池了。


瀉藥

感覺大家都答偏了

化學獎授予的是【鋰離子電池】的發明者

沒有鋰離子電池≠沒有鋰電池

實際上一次性鋰電池的能量密度並不差

鋰離子電池實現的是【循環】

當時一次性鋰電池在軍事上用的比較多,民用的不行

這也是鋰電無法和鎳氫鎳鎘競爭的因素之一

以前我在一個回答說過

海灣戰爭的美軍把一個戰區的一次性鋰電池都用完了

如果所有的鋰電池都變成一次性的,美軍尚且如此,其他場景可想而知


沒有鋰電池就會用鎳氫電池,鉛蓄電池,首先是重,另一個是大。

因為鋰密度低,所以可以把電池做的更輕,加大容量重量不會很大,所以小型設備會用。但是鋰活潑性太強,所以早期鋰電池都是用鋼殼包裹起來,畢竟漏氣鋰就可以於氧氣發生反應自燃。現在手機基本上不換電池,電腦的電池也有塑料外殼包裹,所以鋰電池可以用鋁箔軟包。航模用的電池要求容量大放電係數高,體積也比較大,但是要求重量輕,還是要用鋁箔軟包的,不過會在外側加一張鋼板進行保護,防止變形、戳穿的問題。

沒有鋰電池會變什麼樣,哈哈,手機廠商為了讓人玩一天,盡量吧手機做大,增加鎳氫電池容量,手機還會更重,甚至還可以換電池。至於快充,能換電池我加錢上快充幹啥?等下,我沒見過薄長方體的鎳氫電池,可能還會用圓柱電池,那就要加厚。為了節省屏幕的耗電,屏幕會做小,鍵盤不會輕易死去,但是屏幕不會很小,估計比例和之前帶觸屏的功能機差不多,甚至會有好多全鍵盤的手機,而且是直板的,翻蓋滑蓋這種也會活的挺滋潤,側翻蓋估計也有可能,打開跟一個小筆記本差不多,畢竟這種明面上增加美觀實際上背地增加體積安裝電池的手段能想到的人很多。估計側翻蓋為了提高可玩度會在鍵盤上加!手!柄!

至於電腦,問題不大,現在不少電腦用的鋰電池還是圓柱形的,就是換鎳氫電池使用時間短,輕薄本估計跪了。

有些設備不用鋰電池可能由於成本原因,比如電動車,鉛蓄電池可以用比較低的價格換更大容量,重量增加好多,但是都是人騎車,重量不是問題,汽車的電池也是這種情況,一輛車過噸,我還差電池這幾十公斤嗎。


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