中國粉體網(wǎng)訊 上世紀(jì)80年代開始研究，90年代進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，鋰離子電池短短20年，走入電子設(shè)備各個角落。今天，我們來講講鋰電之父Goodenough 的故事。
John B. Goodenough（約翰·班寧斯特·古迪納夫）目前為美國德州大學(xué)奧斯汀分校，機械工程系教授，著名固體物理學(xué)家，是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發(fā)明人，鋰離子電池的奠基人之一，被業(yè)界稱為“鋰電之父”。他對材料科學(xué)與技術(shù)，特別是鋰離子電池領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)。通過研究化學(xué)、結(jié)構(gòu)以及固體電子/離子性質(zhì)之間的關(guān)系來設(shè)計新材料解決材料科學(xué)問題。
研究方向：過渡金屬氧化物、鋰離子電池、燃料電池、氧滲透膜。詳細(xì)的說：他的研究團(tuán)隊生長單晶并且合成新型陶瓷材料。進(jìn)行化學(xué)和結(jié)構(gòu)表征以及高溫、高壓、元素分析等各種基礎(chǔ)研究。從事能量儲能和轉(zhuǎn)換材料研究，高溫超導(dǎo)超、電子由局部變?yōu)榱鲃訒r的超巨磁阻現(xiàn)象的機理研究，還研究開發(fā)了中溫固態(tài)氧化物燃料電池和氧滲透膜。
圖為教授在講解鋰電池工作原理
教授主要履歷
1922年7月25日，John B. Goodenough在美國出生，父母原在德國耶拿市。
1943年，在耶魯大學(xué)獲得了數(shù)學(xué)系的文學(xué)士學(xué)位，期間為科學(xué)哲學(xué)所吸引決定攻讀物理方向研究生。
二戰(zhàn)期間，曾作為氣象專家在美國陸軍航空部隊工作，1948年退役。
1951-1952年，在美國西屋電氣公司任研發(fā)工程師。
1951年在芝加哥大學(xué)獲得理學(xué)碩士學(xué)位，1952年獲得固態(tài)物理博士學(xué)位，師從Clarence Zener（齊納二極管發(fā)明者，諾獎得主，見后續(xù)專題：材料、仙童與硅谷）。
1952-1976年，在MIT的林肯實驗室進(jìn)行關(guān)于內(nèi)存的材料物理研究，這是關(guān)于Mn3+有關(guān)的研究，同時接觸到了Li離子在固體中的遷移，隨后開始固態(tài)陶瓷的基礎(chǔ)研究。期間首次發(fā)現(xiàn)了鐵氧體磁芯的電流重合記憶功能，被稱為Goodenough-Kanamori規(guī)律，這一發(fā)現(xiàn)對電子計算機的發(fā)展極為關(guān)鍵，并且對磁性材料以及電子材料的研究起到引導(dǎo)作用，也正是在這個時期寫了《磁性鍵與化學(xué)鍵》和《過渡金屬氧化物》兩本書。并在此時接觸并深入研究了鋰離子在固體中的遷移規(guī)律。
1976年，進(jìn)入牛津大學(xué)任教授并作為無機化學(xué)研究負(fù)責(zé)人，開始了固體化學(xué)研究，主要研究可用于能量轉(zhuǎn)換的新材料，提出了堿金屬離子固態(tài)電解質(zhì)的構(gòu)架結(jié)構(gòu)概念并且獲得了以尖晶石層狀結(jié)構(gòu)氧化物作為陰極的鋰離子二次電池的基本專利，期間還從事太陽能轉(zhuǎn)換光電解和燃料電池催化電極方面的研究。
1980年和SONY公司合作開發(fā)出了基于碳材料負(fù)極和鋰鈷氧LiCoO2材料正極的可充電離子電池，也就是目前廣泛采用的鋰離子電池技術(shù)，但是LiCoO2受限于有毒、鈷資源稀缺等因素，急需替代材料。
1982年伊利諾伊理工大學(xué)(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試制成功，從此石墨代替金屬鋰作為鋰電池負(fù)極，從此正極材料成為鋰電池突破的主要瓶頸。
1983年M.Thackeray和Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料，具有低價、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)短路、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險，大大提高安全性。
1986年從牛津大學(xué)退休后，受聘于美國德州大學(xué)奧斯汀分校機電工程學(xué)院擔(dān)任教授，成為終身教授，擔(dān)任美國德州大學(xué)奧斯汀分校材料科學(xué)與工程中心負(fù)責(zé)人，研發(fā)了固體氧化物燃料電池（SOFC）的新型電解質(zhì)和電極材料，并且對電子從集中變?yōu)榱鲃拥慕换バ袨槲锢憩F(xiàn)象做出了解釋。
1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。
1997年開發(fā)了低成本的磷酸鐵鋰LiXFePO4正極材料，加快了鋰離子電池的商業(yè)化。磷酸鐵鋰是目前安全性最高的正極材料，且充放電性能、廉價、對環(huán)境無污染，具有優(yōu)異的電池循環(huán)壽命、安全性、低自放電（庫存存放壽命非常長），這使得傳統(tǒng)鎳氫、鎳鎘電池黯然失色。其廣泛應(yīng)用于手機等無線便攜設(shè)備、電動工具、混合動力汽車、小型電動車以及新能源系統(tǒng)儲能，已成為當(dāng)前主流的正極材料，它對全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了重要影響，并減少了溫室氣體的排放。
榮譽稱號：
美國物理學(xué)會會員
美國化學(xué)學(xué)會會員
美國國家工程院院士
美國國家科學(xué)院院士
英國皇家化學(xué)學(xué)會外籍院士
印度科學(xué)院外籍院士
日本物理學(xué)會會員
美國國家材料咨詢會成員
美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會會員
美國國家研究委員會，固態(tài)科學(xué)小組成員
榮譽獎項：
波爾多大學(xué)，榮譽博士學(xué)位（1967）
英國皇家化學(xué)學(xué)會，百年講師（Centenary Lecturer）（1976）
英國皇家化學(xué)學(xué)會，固態(tài)化學(xué)獎，（1980）
Von Hippel 獎，美國材料研究學(xué)會（1989）
賓夕法尼亞大學(xué)卓越成就獎（1996）
John Bardeen 獎，采礦、冶金和材料協(xié)會（1997）
Olin Palladium獎，美國電化學(xué)學(xué)會（1999）
日本國際獎，國際科學(xué)技術(shù)財團(tuán)（2001）【PS：該獎項授予在科學(xué)技術(shù)方面取得了獨創(chuàng)性的和飛躍性的成果，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的和平與繁榮做出了重大貢獻(xiàn)的人。獲獎?wù)叨酁槭澜缬忻目茖W(xué)家。獲獎?wù)呖梢缘玫姜劆睿勁萍?000萬日元的獎金，只授予在世人物。】
美國費米獎，美國能源部（2009）【PS:費米獎1954年為紀(jì)念美籍意大利科學(xué)家恩里克·費米（Enrico Fermi）而設(shè)立，是由美國政府頒發(fā)的最負(fù)盛名的科技類獎項之一】
美國國家科學(xué)獎?wù)拢?美國國家科學(xué)獎?wù)挛瘑T會（2013）【PS：評選的唯一標(biāo)準(zhǔn)是獲獎人的學(xué)術(shù)水平，獲獎?wù)咭话闶敲绹骋活I(lǐng)域具有重要影響的科學(xué)家。到目前為止，一共只有498人科學(xué)家獲此殊榮，先后有91人次獲諾貝爾物理、化學(xué)、生理/醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)獎（不含和平獎2人），比例為18.67%。這91人中，大部分科學(xué)家都是先獲得諾貝爾獎然后再獲美國國家科學(xué)獎的，但是有23人獲得美國國家科學(xué)獎比諾貝爾獎早；還有6人同年斬獲雙獎。】
查爾斯·斯塔克·德拉普爾獎(Charles Stark Draper Prize)，美國國家工程院【PS： 美國工程學(xué)界最高獎項之一，每二年頒發(fā)一次，被認(rèn)為是“工程學(xué)界的諾貝爾獎”("Nobel Prizes of Engineering")之一。該獎獎予推進(jìn)工程學(xué)及工程學(xué)教育發(fā)展進(jìn)步的候選人。】
德州大學(xué)機械工程系榮譽工程師
電氣和電子工程師協(xié)會獎
部分學(xué)術(shù)論文：
1．Mizushima, K., Jones, P. C., Wiseman, P. J., and Goodenough, J. B., "LixCoO2 (0 < x < 1): A New Cathode Material for Batteries of High Energy Density," Materials Research Bulletin 15, 783-799 (1980).
2．Thomas, M. G. S. R, Bruce, P. G., and Goodenough, J. B., "Lithium Mobility in the Layered Oxide Li(1-x)CoO2," Solid State Ionics, 17 (1), 13-19 (1985).
3． Thackeray, M. M., David, W. I. F., Bruce, P. G., and Goodenough, J. B., "Lithium Insertion Into Manganese Spinels," Materials Research Bulletin 18, 461-472 (1983)
4．Padhi, A. K., Nanjundaswamy, K. S., and Goodenough, J. B., "Phospho-olivines as Positive Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries," Journal Electrochemical Society 144, 1188-1194 (1997).
5． Padhi, A. K., Nanjundaswamy, K. S., Masquelier, C., and Goodenough, J. B., "Mapping of Transition-Metal Redox Couples in Phosphates with NASICON Structure by Lithium Intercalation," Journal Electrochemical Society 144, 2581-2586 (1997).
6. Goodenough, J.B. "Rechargeable Batteries: Challenges Old and New" Journal of Solid State Electrochemistry 16 2019-2029, (2012).
7. Li, Y., Xu, M.W., and Goodenough, J.B., "Electrochemical Performance of Ba2Co9O14 + SDC Composite Cathode for Intermediate-Temperature Solid Oxide Fuel Cells" J. of Power Sources 298 40-43, (2012).
8. Goodenough, J.B. "Reflections on Sixty Years of Solid State Chemistry" "Zeitschrift fur Anorganische und Allgemeine Chemie" 638 1-5 (2012).
書籍：
Goodenough, J. B., Magnetism and the Chemical Bond, Interscience Monographs on Chemistry, Inorganic Chemistry Section, F. A. Cotton, ed., Vol. I (Interscience-Wiley, New York 1963).
Goodenough, J. B., Les oxydes des métaux de transition (Gauthier-Villars, Paris, 1973).
Huang, K. and Goodenough, J. B., Solid Oxide Fuel Cell Technology: Principles, Performance and Operations, Woodhead Publishing Limited (2009).
章節(jié):
Goodenough, J.B. "Battery Components Active Materials for" in Encyclopedia of Sustainability Science and Technology, (Springer, 2012). (in publication)
K. Zaghib, A. Mauger, Goodenough, J.B., and C.M. Julien, "Design and Properties of LiFePO4", in Nanotechnology for Li-ion Batteries, D. Lockwood, ed. (Springer Verlag, Berlin, 2011) Chapter 8.
Goodenough, J.B., "Materials Design: Fundamental Chemistry and Physics", in Advanced Lithium Batteries, Recent Trends and Perspectives, G. Nazri, A. Manthiram, P. Balaya, A. Yamada, and Y. Yong, eds. (Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2012).
自傳：John B. Goodenough, Witness to Grace (PublishAmerica, 2008)
Goodenough平易近人，在學(xué)生眼中他是一個心胸廣闊海納百川的智者93歲的他依然堅持工作和教學(xué)，由于二戰(zhàn)時曾作為氣象專家為軍方服務(wù)，他對團(tuán)隊合作大加贊賞，他說“作為一個士兵，我從沒想過憑一己之力贏得戰(zhàn)爭，最重要的是要盡我所能做好本職工作”現(xiàn)在他有一個龐大的研究團(tuán)隊，孜孜不倦的為新能源的發(fā)展努力，他常把自己比作交響樂隊的指揮，他說：“如果我有什么天賦，那就是創(chuàng)造出能激發(fā)別人創(chuàng)造力的環(huán)境。”
Goodenough 一生都在不同的專業(yè)方向努力，是不折不扣的科學(xué)全才。他高中時學(xué)習(xí)文學(xué)，大學(xué)專業(yè)是數(shù)學(xué)，戰(zhàn)后主攻物理方向。在后來的材料科學(xué)研究中，他又學(xué)習(xí)化學(xué)和工程學(xué)知識。“團(tuán)隊合作并不僅限于人之間，更是科學(xué)學(xué)科之間，我們需要找到科學(xué)、工程、物理和化學(xué)之間的聯(lián)系。對于個人來說，學(xué)校的全面素質(zhì)教育，不僅是為了前途更是生活。我們必須分清楚受教育和受訓(xùn)練的區(qū)別。”
Goodenough涉獵廣泛，打算退休之后去研究神學(xué)。他相信自然法則，也相信有更強大的力量，曾寫過一篇文章《在神的裁決之下》。他說“當(dāng)我們需要時，有一雙神奇的手為我們推開一道道門。”
