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‍ 在距离101 岁生日仅有一个月的时候，2019 年化学诺贝尔奖得主约翰·古迪纳夫（John Bannister Goodenough）永远地离开了我们。古迪纳夫教授去世的消息得到了他的学生 Nicholas Grundish 的确认。 约翰·古迪纳夫教授是是电池史上的传奇人物。他 30岁入行，以一己之力发现了锂离子电池体系中最重要的三种正极材料：钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂。这三种材料目前都得到了广泛的商业应用。 约翰·古迪纳夫教授幼年在寄宿制的格罗顿学校学习，1940 年进入耶鲁大学数学系，并于 1944 年从耶鲁大学以优异成绩毕业，之后他参加二战，战争结束回国后，他开始在芝加哥大学跟随稳压二极管发明人Clarence Zener 教授研究固体物理。从芝加哥大学毕业后，古迪纳夫来到麻省理工学院，成为林肯实验室的一名研究员。在此期间，他参与开发了随机存取磁记忆体（RAM），这对计算机的发展至关重要。他在研究RAM时提出了氧化材料中的合并 Jahn-Teller畸变概念，随后他制定了材料磁性超交换标志的规则，现被称为 Goodenough-Kanamori 规则。 （来源：资料图） 1976年，古迪纳夫成为牛津大学无机化学实验室的主任，在这里他开始研究电池。他将目光放在了一种层状材料钴酸锂上。古迪纳夫教授发现在这种氧化物材料中锂离子可以嵌入和脱出，可以取代金属锂，作为锂电池中锂离子的提供者。相比于金属锂而言，这是一种安全系数极高的电池材料。很快他就申请了专利。1986年，在日本旭成公司工作的吉野彰首次利用钴酸锂，焦炭和 LiClO4电解液制成了第一个现代意义上的锂离子二次电池。凭借这个贡献，他和古迪纳夫，斯坦利·惠廷厄姆（Stan Whittingham）一起获得了 2019年的诺贝尔化学奖。 不久之后，日本的公司发明了用于负极的石墨材料，他们注意到了古迪纳夫教授的专利，认为这就是与之匹配的理想正极材料，二者一拍即合。这种以钴酸锂为正极、石墨为负极的锂离子电池容量大，电压高，循环寿命长，可以快速充放电，一上市就受到了广泛好评，一直使用到现在。目前所使用的锂离子电池中，钴酸锂电池依旧占据着很大比重。 钴酸锂尽管具有很多优势，但由于钴资源并不丰富，价格日趋高昂，因此很多研究人员开始寻找钴酸锂的替代材料。不久之后，古迪纳夫教授在研究锰酸锂尖晶石材料的过程中，他发现这种材料在嵌锂的过程中会发生尖晶石结构和岩盐结构的转变，具有Jahn-Teller 效应。这一特性使得锰酸锂非常适合制作正极材料，它具有低价、稳定的特性。由于它的分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，因此即使出现短路、过充电，也能够避免燃烧和爆炸的危险，安全性好。相关研究人员在此基础上发展了Li（NiCoMn）O ₂三元正极材料体系，三元锂离子电池也是目前商业化的锂离子电池中非常重要的一员。 1997年，古迪纳夫教授又发现了磷酸铁锂材料，这种材料具有橄榄石结构，同时具有很高的稳定性，价格也非常低廉，其理论容量达170mAhg ^-1，缺点在于电压相对钴酸锂材料体系而言相对较低。另外，由于LiFePO ₄与FePO ₄结构上的相似性，LiFePO₄在充放电过程中较为稳定，结构不会发生巨大变化，因此也具有较好的循环寿命。磷酸铁锂低廉的成本使得这种材料很快就被商业化了。美国的A123 公司依靠生产磷酸铁锂材料，一度成为了全球锂离子电池产业的霸主，中国的比亚迪公司也是磷酸铁锂电池的主要生产商之一。 （来源：资料图） 钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂这三大正极材料体系的发展都与古迪纳夫教授有着密不可分的关系，他为锂离子电池的发展做出了不可磨灭的贡献。在这个锂离子电池早已走进千家万户的时代，我们每一个人都是他工作的受益者。尽管年迈，古迪纳夫教授并未停下他的脚步，锂离子电池并不是十全十美的，它还有锂枝晶带来的安全问题急需解决。目前所使用的大部分锂离子电池的电解液都是有机物，当锂枝晶穿破 SEI层时，极易发生燃烧爆炸的情况。而全固态电池被视为能解决该问题的最有效手段，这种电池将原先的液态有机电解池换成一种全新的固态电解质。固态电解质不仅能够保证原有的储电性能，还能防止锂枝晶问题的产生，而且更安全，更廉价。于是古迪纳夫教授又毅然投入到全固态电池的研究之中，当做出这个决定时，他90 岁。 古人云：老骥伏枥，志在千里。这句话仿佛就是为古迪纳夫教授量身定制，他也喜欢将自己比喻成一只爬行的乌龟，古迪纳夫教授曾在接受采访时说到：“这种贯穿一生的爬行有可能带来好处，尤其是在你穿越不同领域，一路收集各种线索的情况下。你得有相当多的经验，才能把不同的想法融汇在一起。” 他在不停地努力，不停地积累，不停地做着他最喜欢的事情，古迪纳夫教授用他的一生很好的诠释了什么叫“厚积薄发”。他说：“要对生活充满热情，感谢生活，感谢那些喜欢与你进行有意义对话的人。”喜欢的事情才能做一辈子，哪怕白发苍苍依旧充满激情。古迪纳夫教授这辈子几乎已经得到了一个科学家所能得到的全部荣誉，他开创了一个价值数十亿元的产业，做的研究已经“Good enough”了，祝愿老爷子一路走好。 （来源：资料图）

参考资料

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4.Ozawa K. Lithium-ion rechargeable batteries with LiCoO2 and carbon electrodes: the LiCoO2/C system[J]. Solid State Ionics,1994, 69(3-4): 212-221.

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