锂电池之父逝世！知名大学发讣告_焦点_行业资讯

来源：德克萨斯州大学奥斯汀分校、时代学者等

编辑整理：双一流高教

当地时间6月26日，美国德克萨斯州大学奥斯汀分校发布消息称：锂离子电池的共同发明者、2019年化学诺贝尔奖得主约翰·B·古迪纳夫（英语：John B. Goodenough）去世。

古迪纳夫是美国德州大学奥斯汀分校机械工程系教授，美国科学院和工程院两院院士，美国得州大学奥斯汀分校机械工程系教授、固体物理学家，三大锂电正极材料钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极的发明人，锂离子电池奠基人之一。

据统计，古迪纳夫教授总共发表了近千篇论文，被引用的次数达到了10万+，其中很多论文成为了如今“教科书”般的指导性论文。

其中，最高被引用的5篇文章中，前3篇文章均是关于锂电池，它们是分别是：

1）相关论文以“Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries”为题发表在Journal of the electrochemical society。

2）相关论文以“Challenges for rechargeable Li batteries”为题发表在Chemistry of materials。

3）相关论文以“The Li-ion rechargeable battery: a perspective”为题发表在Journal of the American Chemical Society。

古迪纳夫教授因开发锂离子电池而获得2019年诺贝尔化学奖。他与英国出生的美国化学家M. Stanley Whittingham和日本化学家Yoshino Akira分享了该奖项。古迪纳夫是获得诺贝尔奖最年长（97岁）的人。古迪纳夫在耶鲁大学获得数学学士学位（1943年），同时在美国陆军航空队担任气象学家。第二次世界大战结束后，他在芝加哥大学攻读物理学研究生，在那里他获得了硕士（1951年）和博士学位（1952年）。1952年，古迪纳夫成为麻省理工学院林肯实验室的研究科学家。古迪纳夫的第一个项目是开发SAGE防空计算机的内存核心，这是第一个随机存取存储器（RAM）。古迪纳夫于1976年成为牛津大学的教授和无机化学实验室的负责人。同年，M. Stanley Whittingham开发了第一个锂离子电池，在二硫化钛层之间有一个金属锂阳极和一个锂离子阴极。古迪纳夫知道，如果阴极是金属氧化物而不是金属硫化物，电池将具有更高的电压。1979年，古迪纳夫和他的合作者开发了一种电池，在氧化钴层之间有一个锂离子阴极。该电池的电位为 4 伏，而惠廷汉姆电池的电位仅为 2.5 伏。

古迪纳夫于1986年成为德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程系、电气和计算机工程系的教授。他获得了国家科学奖章（2011 年）、查尔斯·斯塔克·德雷珀奖（2014 年）和科普利奖章（2019 年）。著有《磁力和化学键》（1963年）、《固体氧化物燃料电池技术：原理、性能和操作》（2009年，与凯文·黄合著）和自传《见证恩典》（2008年）。

“锂电池之父”的传奇人生

古迪纳夫是公认的“锂电池之父”，正是他所领导的创新使锂电池迈向体积更小、容积更大、使用方式更稳定的商业化过程，同时开启了电子设备便携化的革命。

锂电池作为最主要的便携式能量源，影响着我们生活的方方面面。如果没有锂电池，就不会有如今的便携式穿戴设备。锂电池产业已经接近年产几十亿美元，为人类的日常活动提供动力。锂电池还曾和晶体管一起被视作电子工业中最伟大的发明，而晶体管的发明人巴丁已经荣获诺贝尔奖。索尼在 1991 年采用古迪纳夫理论后，制作出了世界上第一款商用锂电池，从此手机、照相机、手持摄像机乃至电动汽车等领域各自步入了便携式新能源时代。早期的锂电池用金属锂作为电极材料，在电池使用过程中极易发生燃烧和爆炸，因此无法被广泛使用。为解决这一问题，古迪纳夫提出锂离子嵌入、脱出的工作机制，以钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂替代金属锂作为稳定的电极材料，既解决了电池的安全性问题，又降低了电池的制造成本，实现了锂离子电池技术的革命性突破，极大地推动了这一技术其他领域的广泛应用。作出这样的贡献，他的一生也是一部传奇。他毕生都在为让人类摆脱化石燃料而奋斗，但在取得了这些改变了人类进程的“足够好”的研究成果之前，他自己的人生并不够好。1946 年，23 岁的退伍士兵古迪纳夫带着科研梦想进入了芝加哥大学，但是在那里一位教授告诉他，他的年龄太大了，很难在这一行取得成功。这位教授说的其实没错，因为 7 年后古迪纳夫博士毕业，初入科研时已经 30 岁了，而 30-40 岁应当是一个正常学者的科研巅峰时期，他至少落后了 3 年。但是年轻气盛的古迪纳夫并没有听从这位教授的建议。制作电池需要选择合适的电极材料和电解质材料，以提高电池容量和充放电速度，60 年来不可充电的锌碳电池一直占据着消费电池的主要市场。1976 年，53 岁的古迪纳夫进入牛津大学教授化学，同年英国化学家 Stan Whittingham 宣布了他在锂电池方面取得的重大突破。Whittingham 的发现虽然是电池产业的一次飞跃，但是他的锂电池却在过充的时候极易发生爆炸，依然不可商用。古迪纳夫认为自己可以改善这个缺点。古迪纳夫对如何解决电池安全问题进行了深入分析。得益于他在林肯实验室多年从事氧化物研究的经验，古迪纳夫认为已经含有锂的层状金属氧化物将是理想的阴极。确保电池电动势的产生需要在电池内部保持一定量的离子运动。然而，Li+的过度提取会导致电极材料层状结构的崩溃，这是必须解决的问题。经过四年的研究，古迪纳夫和他的团队首先提出了“用于存储电池电极的固溶氧化物”，于1980 年开发出了锂离子可充电电池的首选阴极材料钴酸锂（LixCoO2）。这是一种比金属锂更为温和且能够提升了电池储存电量材料，可以可逆地释放一半以上的 Li+ 离子。LixCoO2 是一种类似三明治的层状结构，其中锂离子被 Co-O2 层形成的“面包片”夹在中间。所制成的电池显示出大约 4 V 的高电压，这一突破从根本上改变了可充电电池的设计原理。在日本，同获今年诺奖的吉野彰正在研究负极材料，他采用了古迪纳夫老爷子的这一发现，以石墨材料为负极，从而建立起现代锂离子电池的基本框架。后来，索尼买下了这一专利，将钴酸锂与石墨结合，开发出了全新的可充电锂离子电池。一经问世，它受到市场热烈欢迎，被应用到相机、电脑、手机中，古迪纳夫老爷子声名大噪。如今，锂离子电池市场价值350亿美元，未来5年将增长到1000亿美元，但因当初牛津大学拒绝为此申请专利，古迪纳夫老爷子一分钱也没得到。然而，钴酸锂虽然提高了安全性，但也有不足之处，一是它价格贵，产量不高，是重要的战略资源，用来做电池成本太高；二是使用一段时间后，性能会衰减。因而，古迪纳夫老爷子继续寻找新的实用的新型阴极材料。他们认为，三维尖晶石结构比层状结构更利于锂离子的传输。1983年，61岁的古迪纳夫老爷子和他的研究小组又发现了另一种更为稳定和便宜的材料——锰酸锂。这种材料的氧化性远低于钴酸锂，具有低价、稳定、优良导电导锂性能，即便出现短路的情况，也能避免燃烧爆炸的危险，安全性能大大提高。由于牛津大学有65岁强制退休的规定，但古迪纳夫老爷子不甘心就这样退休，颐养天年。于是，他加入了德克萨斯大学奥斯汀分校，成为该校机械工程和材料科学教授，继续锂电池研究。1989年，古迪纳夫老爷子和他的学生 Arumugam Manthiram探索了一系列含铁聚阴离子氧化物阴极 Fe2(XO4)3，发现聚合物电解质有电磁感应效应，采用它的正极可产生更高电压；1997年，他们发现磷酸铁锂晶体结构更稳定、寿命更长、充电更快。虽然它的能量性能略低于 LiCoO2，但 LiFePO4 表现出一些典型的优越优势，例如高稳定性，成本低，工作温度范围广。如今，基于磷酸铁锂的可充电电池广泛应用于电动汽车、大型电网储能系统、太阳能装置等。这项发明催生了“可携带便携电子设备”的诞生。可以说，我们现在能用上的智能手机、平板电脑、笔记本电脑，其中都有老爷子的功劳。古迪纳夫老爷子对电池的研究，保持着极大的热情，“锂离子电池之父”当之无愧。

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