2021-03-25 08:40:03 旺材锂电

我们今天能用着刷着智能手机、听着真无线耳机、吃着电动车送来的外卖宅家度日，还得感谢三位诺贝尔化学奖得主——迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆(Michael Stanley Whittingham)、约翰·班尼斯特·古迪纳夫(John Bannister Goodenough)、吉野彰(Akira Yoshino)。

约翰·班尼斯特·古迪纳夫

今年98岁高龄的“足够好先生”——约翰·班尼斯特·古迪纳夫(John Bannister Goodenough)，其实从54岁才开始研发电池。古迪纳夫博士是锂电池领域最大的功臣，三大锂电池正极材料(钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂)都是他带领的团队找出来的，其中钴酸锂诞生在1980年，使用石墨为阳极并解决了“锂枝晶”现象。

足够好先生的传奇一生

30岁才刚刚摸着科研领域的大门，入了行。二战结束后，足够好先生觉得自己的人生又要重新开始了。于是他去报考了芝加哥大学物理系。入学时朋友对他说：“你去了能干什么，人家比你早十几二十年就在做研究了”，足够好先生坚信自己可以，最终在30岁取得了芝加哥大学物理学博士学位。

54岁才开始锂电池的研究;54岁的约翰到英国牛津大学任教。在这里工作十年。57岁时他研究出了钴酸锂，解决了早期锂电池的爆炸问题，使锂电池的扩大运用成为了可能。

64岁不肯退休开始新的挑战;他得知牛津大学的教授会在65岁被强制退休，为了不退休，他在64岁时跑路，去到得克萨斯州继续研究。

75岁又一次为全人类做了贡献;他提出碳酸铁锂材料，这种材料比之前的更便宜，也完全无毒。而这项研究成为了电动汽车时代的重要基础。

90岁再次挑战：90岁高龄的足够好先生又开始研究固态电池。当人们质疑他的身体时，他说：“我只有90岁，有的是时间。”

97岁成为最高龄的诺贝尔奖获得者。

足够好先生 × 索尼 = 宇宙最强大脑

古迪纳夫的研究团队进行了长达4年的研究，终于发现了一种名为钴酸锂的新材料。

钴酸锂为一种层状材料，两个由钴和氧原子紧密结合形成的正八面体“平板”，可以把锂原子层镶嵌在其中。这样的一种特殊结构，可以使得锂原子在钴酸锂晶体中快速地移动。是一种安全系数很高的电极材料，并且还可以提高电池的使用电压，从而可以提升电池的储电量。

钴酸锂晶体结构(白色圆球表示锂原子，红色圆球表示氧原子，蓝色圆球表示钴原子)

因为钴酸锂方案过于前沿，在当年堪称痴人说梦(连古迪纳夫博士的母校牛津大学都不理他了)。这世界只有疯子会欣赏疯子，而这个投钱的“疯子”是日本索尼。索尼找出了第一种可量产化的锂离子电池方案，并在1991年将其投入市场。

不接受反驳，因为当今遍布全球各产业的锂离子电池运用就是从这里开始的，而在锂离子电池之前，没有任何一款电池可以同时做到：1、工作电压高2、体积小重量低3、无记忆效应4、自放电少5、能量密度高6、循环寿命较长。

后来，他还发现了磷酸铁锂电极新材料，在低成本和稳定性方面具有更大的优势。

可以说，古迪纳夫博士的锂离子电池技术塑造了现代人的生活方式。

迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆

迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆(Michael Stanley Whittingham)从第一次石油危机(20世纪70年代)开始投入电池科技研发，他指明了“锂嵌入”技术路线，提升了充放电反应的可逆性，提升了安全性，是给我们带来宅家福利的“锂电之父”。

1941年出生于英国诺丁汉，英国化学家，锂离子电池发明者，纽约州立大学旗下宾汉顿大学材料研究所和材料科学与工程项目研究所主管。

石油危机引发的新能源开发项目

惠廷汉姆与锂电的缘分要从20世纪70年代的石油危机说起。接连石油短缺，对包括美国在内的发达国家造成严重影响。当时的舆论流行着一种论调：一旦石油用光了，人类该怎么办?

1972年，美国著名的石油公司埃克森(如今的埃克森美孚)做了一个决定，那就是挑选最顶尖的人才，来开发代替化石燃料的新能源及其存储方式。其中一人就是刚从斯坦福大学毕业的惠廷汉姆。

惠廷汉姆1967年从英国牛津大学博士毕业后，来到斯坦福攻读博士后。他师从固态电化学领域的专家罗伯特·希金斯，但他所属的部门却是材料学。当时在欧洲，固态化学是一个重点研究方向，但在美国，这方面的专家掰着手指头也能数得出来。

1971年，他发表了一篇固态快离子传输的论文，赢得了电化学学会青年作者奖。这篇论文让他获得了埃克森石油公司的青睐。

奠定了“锂离子电池”的基础

当时，惠廷汉姆已经拿到了在康奈尔大学执教的工作，但埃克森公司为他开出的条件，大概是个科学家都不会拒绝。“你实验想要什么就能拿到什么，一周之内保证送到;钱根本不是问题。”惠廷汉姆说，埃克森公司像投资石油钻探一样投资他的实验室。公司对他的期待是，五个点子里只要有一个能有回报即可。

惠廷汉姆加入埃克森美孚研究小组，开始研究钽二硫化物。他们发现，通过在二硫化钽片之间嵌入不同的原子或分子，它们可以改变超导转变温度。钾化合物显示出最高的超导性。他意识到这种化合物非常稳定，不像钾金属，因此反应必须耗费大量能量。

这表明这种嵌入反应可能用于电能存储。惠廷汉姆：我们研究了锂和钠，而不是钾，因为事实证明钾是非常危险的。我们还研究了二硫化钛，因为它们的重量比钽轻，而且是良好的电子导体。

当时有家日本公司生产了氟化碳电池，用于鱼漂上，晚上钓鱼好看得见 ，这是一次性原电池，这是锂电池的兴趣开始 。

惠廷汉姆在多种金属中寻找超导体，最终选中了二硫化钛，在锂离子电池中开发出了一种创新的阴极。从分子水平来说，它具有可能容纳、嵌入锂离子的空间。于是，在1972年年末，埃克森公司就开发出了锂离子电池原型“45Ah”，并在次年拿到了专利。

1988年惠廷汉姆加入纽约州立大学宾汉姆顿校区，担任化学教授，开办材料化学学术课程。

当时日本的一些公司，特别是索尼，在锂可充电电池的商业化方面取得了很大进展，当惠廷汉姆重返电池研究领域时，日本的领先优势正在成为主导，体现在大量专利中。

惠廷汉姆小组在新材料的水热合成方面做出了巨大的努力，最初是钒化合物，然后使用这种技术制造阴极材料，目前正在蒙特利尔的Phostech / Sud-Chimie商业上用于制造磷酸铁锂，该小组还对橄榄石阴极和新的锡基阳极有了基本的了解。

他于2007年共同主持了美国能源部的化学能源储存研究，现任斯托尼布鲁克大学能源前沿研究中心东北化学能源储存中心主任。该中心的目标是对锂电池中的电极反应进行基本了解。没有这样的理解，永远不会 满足能量储存的最终限制。该中心包括来自全国各地的顶尖科学家，包括麻省理工学院，剑桥大学，伯克 利大学和密歇根大学。

作为锂离子电池之父，Whittingham于2004年获得电化学学会电池研究奖，并因其对锂电池科学与技术的 贡献而于2006年当选为研究员。2010年，他被授予美国化学学会 - 化学科学成就NERM奖，以及 GreentechMedia前40名创新者，为推动绿色技术做出贡献。2012年，他获得了国际电池协会颁发的 Yeager奖，以表彰他对锂电池的终生贡献。2015年，他因电池寿命贡献而获得NAAbatt奖。2019年，获得诺贝尔化学奖。

吉野彰

吉野彰(Akira Yoshino)也是神人一位，吉野教授在1983年开发出锂离子电池原型，最终确立了现代锂离子电池基本框架的。这位日本老头子喜欢去风俗店，在二十多年前就跟妈妈桑夸下海口说他会拿到诺贝尔奖的。

都说“男人的嘴，骗鬼的人”，然而他真的拿到了诺奖……

考古与化学的转化

吉野彰出生于日本大阪府吹田市，在府立北野高中就读时曾协助遗迹发掘，考入京都大学后也加入了考古学研究会。

吉野彰还参与了已成为史迹公园的京都市樫原废寺的发掘工作，他撰写的发掘调查报告已被收藏于日本国会图书馆。

小学四年级时，班主任为他推荐了英国化学家法拉第所著的《蜡烛的故事》。吉野彰开始好奇“蜡烛为什么会燃烧?为什么火焰是黄色的?”书上的这些问题，让还是孩子的吉野彰内心感到化学非常有趣，并喜欢上化学。

因为喜欢化学，吉野彰经常利用身边的材料做实验，比如曾把清洗厕所的盐酸泼在捡来的铁块上，看到产生很多白色的泡沫，感觉很有意思。

确立了现代锂离子电池基本框架

后来进入旭化成公司工作，他的早期任务并非开发新型电池，而是研究另一位日本化学家白川英树开发的导电性高分子聚合物聚乙炔的业务应用。

在同一时期，锂电池研究也走上发展的轨道。惠廷汉姆在1970年代发现了锂离子电池的基本原理。基于这一发现，古迪纳夫致力于锂电池正极的开发，并于1980年代发布了钴酸锂的相关研究成果。在研究的过程中，吉野彰也感觉手头的一些成果“好像可以用于电池的负极材料”。之后，他开始寻找与之配对的正极材料，并应用了古迪纳夫的研究成果。

但是聚乙炔与钴酸锂相配合制作的电池很难实现小型化。吉野为此改变了方针，决定将碳材料用于负极，在旭化成公司内部也刚好有不错的材料。由此，锂电池的原型正式确立，吉野彰在1985年取得了有关专利。

1991年，吉野彰与古迪纳夫合作发明的锂离子电池被索尼公司推向市场，标志着锂离子电池的大规模使用。两人也因此结下了深厚友谊。此后，吉野彰每年都会去美国拜访古迪纳夫。回顾历史，吉野彰说：“电池技术是复杂又困难的学科交叉领域，它的发展需要多方面的专家。在我看来，锂离子电池是集体智慧的成果。”

吉野彰在日本接受媒体采访时表示，与古迪纳夫相比，自己还算是个孩子。在两人的长期合作中，“他就像对待自己的儿子一样，很好地照顾我”。此外，吉野彰也称赞古迪纳夫近百岁高龄仍然坚持科研。

三位的出生年份分别是1922年、1941年、1948年，无论是古稀老人还是期颐老人，都没有停下科研的步伐，足够好先生曾说说：“我只有九十几岁，有的是时间。”以后还会有怎样的新发现?

三位锂电前辈为现在锂电行业的发展打下了基础，现在的研究都是站在了巨人的肩膀上，在未来锂电会有怎样的发展?走向如何?我们翘首以待。