一、特斯拉的鋰電池夢想有多大

　　美國的電動汽車制造商特斯拉（Tesla）正在內華達州興建一座巨型電池工廠：Gigafactory，為其電動汽車提供電力。設計年產量50GW.h。預計2017年投產，2020年達產。

　　50GW.h是什么意思?就是電池的總功率，就是相當于50臺100兆瓦的發(fā)電機組的容量。即使效率較高的電廠，也相當于每個小時耗標準煤一萬五千噸。所以說50GW.h的容量是一個相當大的規(guī)模。

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

　　再具體一點，特斯拉目前采用的是日本松下（Panasonic）18650型號的鈷酸鋰電池技術。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，只要是鋰電池就要用鋰，這是怎么也繞不過去的。而這卻是一個坎兒。

　　二、鋰電池的分類

　　實際上鋰電池有兩種，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。隔膜把正負極隔開。當充電的時候，鋰離子就會在電解液力穿過隔膜從一邊到另外一邊，放電的時候就又回來。正負極就相當于房子，鋰離子就在充電和放電中來回搬家。

鋰離子電池結構

　　鋰離子的質量好壞，就取決于這房子的好壞。如果鋰離子兩邊走的時候，房子倒了一些，或者把鋰例子鎖住出不去了，你的電池就使用時間不長。如果房子一直完好，就可以反復充電下去而不減少容量。

　　當然這個房子的比喻只是一個方面，如果鋰離子在游蕩的過程中產生熱，就會存在安全問題。如果隔膜破裂就會出現短路問題等等等等。

　　鋰電池的原理很簡單，制作工藝也不復雜。一個研究生在實驗室里，有一個手套箱一個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。這里只說原材料中最關鍵的一種：鋰原材料。

　　三、鋰從哪里來？

　　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自兩種產品：碳酸鋰和氫氧化鋰。目前，碳酸鋰占多數，氫氧化鋰占少數。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。有經濟開采價值而且有商業(yè)運行經驗的就只有鋰輝石和鹽湖鹵水這兩種。

鋰輝石