鋰電先驅、諾貝爾獎得主Goodenough去世

鋰電中國 2023-06-27 08:12:36

6月26日，據外媒報道，鋰離子電池的共同發明者、2019年諾貝爾化學獎得主John Bannister Goodenough于2023年6月去世，享年100歲。Goodenough去世的消息得到了他的學生NicholasGrundish的確認。

Goodenough，1922年生于德國耶拿，因開發鋰離子電池而獲得諾貝爾化學獎。他與英國出生的美國化學家M. Stanley Whittingham和日本化學家Akira Yoshino共同獲得該獎項。Goodenough是至今為止獲得諾貝爾獎的最年長獲獎者。

Goodenough是美國著名固體物理學家，是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發明人，鋰離子電池的奠基人之一，他通過研究化學、結構以及固體電子/離子性質之間的關系來設計新材料解決材料科學問題，被業界稱為“鋰電池之父”。

1943年，Goodenough在耶魯大學獲得數學學士學位后，到美國陸軍航空隊擔任氣象學家。第二次世界大戰結束后，他在芝加哥大學攻讀物理學研究生，在那里他獲得了碩士和博士學位。1952年，Goodenough成為麻省理工學院林肯實驗室的研究科學家。1976年，Goodenough成為牛津大學的教授和無機化學實驗室的負責人。此后，他先后發現了鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料。

在鋰電池發明之前，最初的可充電電池的電極中含有固體物質，當它們與電解液發生化學反應時會分解，從而毀壞電池。鋰離子電池的基礎是在上世紀70年代的石油危機期間建立的。英籍化學家M. Stanley Whittingham起草了鋰電池的初步設計方案，以硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負極材料，制成了一個可以充放電的電池。所設計的電池顯示出高堿性電池的電壓為2V（1.5V），它表現出更高的能量密度并在室溫下工作。但該電池的電化學反應使它容易爆炸，還會在反復的充放電過程中逐漸衰減。爆炸的主要原因是循環過程中形成的樹枝狀鋰會刺穿兩個電極之間的隔膜，導致電池內部短路，整個電池會劇烈升溫而爆炸。

Goodenough對如何解決電池安全問題進行了深入分析。得益于他在林肯實驗室多年從事氧化物研究的經驗，Goodenough認為已經含有鋰的層狀金屬氧化物將是理想的陰極。確保電池電動勢的產生需要在電池內部保持一定量的離子運動。然而，Li⁺的過度提取會導致電極材料層狀結構的崩潰，這是必須解決的問題。經過四年的研究，Goodenough和他的團隊首先提出了“用于存儲電池電極的固溶氧化物”，于1980年開發出了鋰離子可充電電池的首選陰極材料鈷酸鋰。這是一種比金屬鋰更為溫和且能夠提升電池儲存電量的材料，可以可逆地釋放一半以上的Li⁺。鈷酸鋰是一種類似三明治的層狀結構，其中鋰離子被Co-O₂層形成的“面包片”夾在中間。所制成的電池顯示出大約4V的高電壓，這一突破從根本上改變了可充電電池的設計原理。

鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的晶體結構

彼時在日本，Akira Yoshino正在研究負極材料，他采用了Goodenough的這一發現，以石墨材料為負極，從而建立起現代鋰離子電池的基本框架。后來，索尼買下了這一專利，將鈷酸鋰與石墨結合，開發出了全新的可充電鋰離子電池。一經問世，它受到市場熱烈歡迎，被應用到相機、電腦、手機中，Goodenough也聲名大噪。