已经“足够好”，锂电池终于等到诺贝尔
科技日报记者 张盖伦
每年诺贝尔化学奖颁布前夕，他的名字都会被列入“预测得奖名单”；每年奖项颁布后，也总会有人问——为什么今年还不是他？约翰·B·古迪纳夫（John B. Goodenough）的姓挺有意思，翻译成中文就是“足够好”，但他简直是化学奖界的村上春树。“陪跑”多年，人人都觉得他应该得，但就是一直没有得——直到今年。
2019年，诺贝尔化学奖终于给到了锂电池领域。美国科学家约翰·B·古迪纳夫、英裔美国科学家M·斯坦利·威廷汉（M. Stanley Whittingham）与日本科学家吉野彰（Akira Yoshino）共同获得此奖。
古迪纳夫与他的中国学生恩力能源科技有限公司总裁戴翔（右）供图
古迪纳夫今年已经97岁，他也刷新了诺奖得主的最高龄纪录。
“足够好”爷爷的获奖感言
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视频提供：戴翔
古迪纳夫表示，这真是个惊喜！我只能说这是一个多么非凡的日子，我非常高兴能参评诺贝尔奖，让我获得如此荣誉。
他们找到的材料至今仍是主流
如果没有锂电子电池，出门在外，你恐怕得为手机准备上一打镍镉电池，以防它打上几个电话就宣告罢工。
锂离子电池，能量密度高、寿命长，没有记忆效应。凭借这些优势，它已经渗透进了人类生活的方方面面。
当前最常见的锂电池中，正极为钴酸锂材料，负极是碳材料。“从1991年商业化到现在，锂电池的主流正负极材料没有太大改变。”上海科技大学物质科学与技术学院助理研究员刘巍说。
Whittingham的锂电池
当然，在商业化之前，也有一段漫长崎岖的道路需要前人摸索。先是斯坦利·威廷汉起草了锂电池的初始设计方案，硫化钛为正极材料，金属锂为负极材料——这证明是一个可以充放电的电池。
但人们发现，用金属锂做负极，并不安全。解决这一问题的思路在于避免电极中出现金属锂。古迪纳夫团队提出和找到了层状氧化物正极材料——钴酸锂。“这一材料至今仍应用在我们各类主流消费类电子产品中。”中国科学院物理所研究员李泓说。
Goodenough的锂电池
1997年，古迪纳夫已经75岁，他和团队又开发了另一种更加稳定安全的正极材磷酸铁锂，它是目前电动汽车、电动大巴、电动船舶、大规模储能、通信基站、数据中心等所用电池的主流材料。“他在锂电池正极材料方面做了奠基性的贡献。”李泓强调。而古迪纳夫的很多学生，也在锂电池这一领域继续开疆拓土，为正极材料和电解质材料的开发做出了卓越的贡献。“他得到诺贝尔奖是实至名归，”李泓说，“早就应该得了。”
但有了正负极材料，并不意味着就能有可用的电池，需要有人将所有这些材料集成成为可用的器件。
日本名古屋市的旭化成公司（Asahi Kasei）在公司研究员、名城大学教授吉野彰的带领下，做出了第一个现代商业化锂电子电池的原型器件。1991年，索尼公司率先将其真正商业化。
Akira Yoshino的锂电池
吉野彰也分享了今年的诺贝尔奖。“原始创新不一定只出现在高校实验室。当基本概念提出后，工程技术方面的创新突破也是最终能否获得实际应用的关键。所以对基础科学的发展起到了奠基性作用、对技术创新和技术改进起到了关键推动作用的成果，都应该获得诺贝尔奖级的评价。”李泓告诉科技日报记者。
已经“足够好”，还可以更好
现在，几乎没人能说自己离得开锂电池。它的发明支撑了人类社会高新技术的不断发展。
实际上，从锂电池早期概念的提出到商业化再到不断继续发展，大量的科学家、工程师都做出了贡献。诺贝尔奖授予的这三个人，做出了最为奠基性的成果。“奖项给了这三位优秀的科学家，是对锂电池为人类社会技术进步贡献的认可，也是对所有为推动这一领域发展做出贡献的科学家和工程师的认可，而未来锂电池的影响还会不断持续。”李泓说。
现在的科研人员也在研发新的正负极材料，但还不够主流。“毕竟，要找到新的材料并且将之真正应用，并不容易，而且耗时漫长。”刘巍说。
她介绍，现在比较好的发展方向，是固态锂电池，它的性能有望更好，而且更安全。传统锂电池用的是液体电解液，它容易燃烧。换成固体，便能解决这一问题。各国都在大力发展这一方向，不过固态锂电池尚处在实验室探索和初步商业化阶段。
古迪纳夫依然走在他开创领域的前沿，也在进行全固态电池的研究。是的，他还活跃在研究一线。近期，古迪纳夫还在期刊上刊文，回顾了可充电锂电池的历史。
锂电池技术也在进一步发展。
李泓说，科研人员和工程师们，努力在让目前的锂离子电池能量密度更高，充放电速度更快，更安全，更长寿。总之，用各种创新的方法去提升和优化锂电池的性能，让它们可以用到更多、更广阔的场景中去，在更极端条件下，也能发挥作用。
得奖的三人，是锂电子电池领域最早的一批科学家和工程师。而更多的后来者，也正在继续前行。
PVDF窜上“妖台”，将成2022最紧缺锂电材料
撰稿丨金 东
编辑丨麦 子
美编丨CBEA独耀
下游企业恨透了!
PVDF(聚偏氟乙烯)，这个锂电池正极粘结剂和隔膜涂覆材料，价格已经从去年4月的每吨10万元，窜升到如今的约50万元/吨，短短一年时间价格涨幅达400% 。不仅如此，生产PVDF的主要配套原料R142b价格突破20万元/吨，一年来累计涨幅达1200%。种种迹象表明，“锂电材料家族”又一“妖材”横空出世!
目前，锂电级PVDF材料极度紧缺，并且短期内没有可替代产品。所以，锂电下游企业为了保生产、保质量，即便PVDF价格再高，也不得不买!
“确实是非常抢手，PVDF已经成为公司增量最快的业务板块之一。”
“我们生产的PVDF产品供不应求，基本上都是即产即销，下游企业都得排着队买。”不少国内PVDF相关厂商负责人反应称。
各大电池厂商已经在争先恐后地抢购 。最具代表性的是需求量最大的宁德时代。
根据联创股份今年3月的公告，其将向宁德时代提供锂电级PVDF，宁德时代保证每年采购其锂电级PVDF的数量为公司PVDF年总产量的80%，以此业内估计这将对应其2022年约4000吨的产品采购量，对应电池产量大约130GWh。
如果根据广发证券的预测，宁德时代2022年锂电池排产规模超400GWh ，其中储能约50-80GWh。那么粗略估算，相应地宁德时代对PVDF这种紧俏材料的需求量将达到1.2万吨以上。这个数字相当惊人 ，仅一家需求就已经超过2021年全国锂电级 PVDF 的总年产能60%。
市场人士认为，PVDF将是2022年最紧缺的锂电材料。
01
需求剧增，缺口巨大
当下，全球汽车电动化浪潮风驰电掣，PVDF下游企业的需求在加速爆发中。行业数据显示，2021年全球锂电池出货量达600GWh，同比增长超过130% 。因此，锂电池对PVDF材料的用量急剧增加。包括宁德时代、松下、LG新能源、比亚迪、亿纬锂能等全球范围内的电池巨头等都在抢购PVDF。
作为目前锂电池产业链中不可或缺的关键材料之一，业内人士分析指出，PVDF在锂电池正极上可以粘接活性物质、导电剂和集流体，保持活性物质制浆时的均匀性和稳定性，对电池的容量维持、使用寿命、稳定性等都起到至关重要的作用。
通常来说，三元电池所需PVDF用量约为2%，磷酸铁锂电池所需要的量则更多些，约为3.5%。据业内测算，一般1GWh三元电池需要约20吨PVDF，1GWh磷酸铁锂电池需要约35吨PVDF。特别随着比亚迪刀片电池的推出，以及特斯拉、宁德时代等巨头对磷酸铁锂电池的倾斜 ，铁锂电池装机量和市占率都大幅提升，带动PVDF需求量进一步放量。
值得注意的是，大圆柱4680电池正成为全球不少企业争相布局的新热点。由于正极和负极都需要在隔膜上涂覆PVDF，所以对PVDF的用量进一步提升到8%，是传统电池的2-3倍。那么，1GWh4680电池则需要约80吨PVDF。今年3月，特斯拉已经宣布生产下线了第100万支4680电池 。
在新能源行业的高景气趋势下，未来全球锂电池出货量还将继续保持高增长。到2025年，宁德时代产能规划约670GWh，比亚迪规划超600GWh ，蜂巢能源规划600GWh，中创新航规划500GWh，LG新能源规划430GWh，国轩高科规划超300GWh，亿纬锂能规划300GWh，SKI规划200GWh，松下规划160GWh，欣旺达规划超140GWh，孚能科技规划超120GWh……
根据业内机构测算，2022年全球对于锂电级PVDF的需求量大约在5.7万吨 ，到2025年全球对于锂电级PVDF的需求量将超过12万吨。从国内市场来看，另有机构此前曾预测，我国锂电级PVDF需求预计将由2021年的2.5万吨增长至2024年的9.4万吨，2021至2024年复合增长率将超过55%。
而从目前的供给端来看，虽然2021年我国PVDF行业的总体产能有7.1万吨/年，但是大部分都是常规级的产品，锂电级PVDF产能占比较少。据业内统计，2021年我国锂电粘结剂PVDF 年产能仅1.9万吨/年，存在巨大的供应缺口 。
02
供应紧缺难解，价格将继续走高
旺盛的需求诱惑下，原有的PVDF厂商以及氟化工企业都纷纷加入PVDF投产扩产大军 。这包括：联创股份、东岳集团、巨化股份、昊华科技、永和股份、中化蓝天、三爱富、孚诺林、德宜新材料、深圳新星、天霖新材料、璞泰来、理文化工、中创环保等，声势非常浩大。
其中，深圳新星今年3月拟投建年产2000吨PVDF项目;中创环保今年2月拟投建年产1万吨PVDF项目;联创股份今年1月拟投建年产5万吨/年PVDF产业链项目;巨化股份去年12月拟新增4.8万吨/年VDF技改扩建项目和2.35万吨/年PVDF项目;璞泰来去年12月拟新建2万吨/年PVDF和4.5万吨/年R142b项目;永和股份去年8月拟建年产1万吨PVDF(锂电级2000吨/年)……
不过，PVDF的扩产说起来容易做起来却难。与常规级PVDF材料不同，锂电级PVDF的技术壁垒很高，长期以来只有极少数企业具备生产能力 。
据业内人士分析，锂电级PVDF不仅工艺复杂、制备难度大，而且还必须要配套原料R142b，这种材料已经受到全球众多国家的严格管控 。根据《蒙特利尔协定书》，由于环保和污染问题，发达国家已基本停止生产R142b，中国也在不断削减其生产配额。相关数据显示，当前国内R142b总产能约15万吨，2022年底之前暂无新增产能扩张。
另一方面，PVDF的扩产周期需要约2-3年，还有1年的认证周期，即便有新增产能，但在短期内也很难释放。据业内统计，目前国内在建及规划用于锂电池粘结剂的PVDF新产能预计高达12.4万吨/年 ，但建设及投产进度普遍缓慢，很多都要等到2022年后才能投产，远水不解近渴。
由于2022年行业新增产能较少，后市锂电粘结剂PVDF价格有望继续走高。中信证券预测，未来2年内PVDF供应紧缺状态都很难得到缓解，高景气仍将持续。
“未来2-3年PVDF、R142b都会是电池里面最紧俏的材料之一，从对电池企业调研来看，电芯厂将PVDF视为未来最紧缺的材料 。”国盛石化分析师预测称。
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