大家是否知道日本传统曲艺“落语”的经典段子《三轩长屋》?故事发生在消防队头目、当铺的年轻小妾、剑术老师居住的三栋一连的杂院。头目家传来的年轻人的大声喧哗、老师家传来的吵闹的练习声令小妾不堪其扰。忍无可忍之下,小妾向当铺的掌柜哭诉,掌柜于是决定以杂院已经典当为由,将头目和老师撵走。听闻这个消息,头目和老师来向掌柜要钱,说只要各给50两,就马上搬家。但搬完才知道,头目搬到了老师家,老师搬到了头目家注1)。
注1)这段落语是由中国明代的《笑府》中的笑话改编而成。
在此特意提这个段子,是因为锂离子电池(LIB)的充放电反应与“三轩长屋”一模一样。

图1:LIB的基本原理
正极(LiCoO2)与负极(C)之间通过交换Li+离子进行充放电。
图1是LIB充放电机制的模式图。其重点在于正极(这里是LiCoO2)与负极(石墨)都如图所示,为层状结构。
通常的二次电池在充放电过程中会发生氧化还原反应,也就是化学反应。比方说,Ni-Cd二次电池在充电时,正极发生氧化,从Ni(OH)2转变为NiOOH,在负极,Cd(OH)2还原为Cd(镉)。放电则相反,NiOOH还原为Ni(OH)2,镉氧化为Cd(OH)2。
但LIB不发生这样的氧化还原反应。充电时,正极层间的锂离子(Li+)移动到负极层间,也就是“搬家”,除此之外再没有其他现象。放电时,负极层间的Li+移动到正极层间。充放电不伴随任何化学反应,只是Li+在二者之间搬来搬去而已。简直就是现实版的“三轩长屋”。因为离子在两个位置间反复来回,所以LIB之类的电池也叫作“摇椅型电池”(但却没有三轩长屋型电池的说法)。
那么,我们是怎么发现这一机制的?这要先来回顾索尼的开发轨迹。
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从1980年代中期开始,二次电池的需求与日俱增。当时,索尼集团旗下拥有电池制造企业——索尼能源技术(SET,现在的索尼能源设备),但该公司的强项在于碱性干电池和氧化银电池等,并不生产二次电池。市场对于二次电池的需求愈发强烈。因此,开发小型、大容量的二次电池成为了SET这家电池企业的当务之急。
但索尼在二次电池领域完全是新军,要想迎头赶上,就必须加快开发速度。为此,索尼采取了以下策略。
①任命SET的高管担任二次电池开发项目的主管。这样一来,决定重要事项无需再一一提交申请书,加快了各项事务的决策速度。
②试制装置和测量仪等的数量准备需要数量的几倍。倘若仪器只有1台,一旦发生故障,在修理期内将无法使用,会阻碍开发的进行。准备两台可以避免耽误时间。
③材料(正极材料、负极材料和电解液等)的库存也必须达到需要量的2倍以上。因为如果某一种材料发生短缺,在订购到交货期间只能束手无策。

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