中國粉體網(wǎng)訊  2019年諾貝爾化學(xué)獎授予德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的JohnB.Goodenough ，紐約州立賓漢姆頓大學(xué)的M.Stanley Whittingham和日本名城大學(xué)的Akira Yoshino，以表彰他們在鋰電池領(lǐng)域的貢獻。

“感謝他們創(chuàng)造了一個可充電的世界”

鋰離子電池就像電力系統(tǒng)的影子，如今在全球范圍內(nèi)為便攜電子設(shè)備供電，無論是通訊、工作、學(xué)習(xí)、聽音樂等瑣事，還是即將進入的可再生能源社會，人們默默享受著鋰離子電池帶來的便利，感嘆科學(xué)技術(shù)進步的同時也在向科學(xué)家們致敬。這一次鋰離子電池能夠在眾多理論化學(xué)研究中斬獲諾貝爾化學(xué)獎，可謂是眾望所歸！

上個世紀70年代，石油危機爆發(fā)，鋰離子電池也正是在這對能源充滿渴望的年代奠定了基礎(chǔ)。彼時，Stanley Whittingham致力于開發(fā)可能實現(xiàn)無化石燃料的能源技術(shù)。受斯坦福大學(xué)超導(dǎo)物理研究的啟發(fā)（有機鏈段嵌入式過渡金屬硫化物調(diào)控超導(dǎo)溫度），他首次將過渡金屬硫化物正極引入鋰電池中，并從結(jié)構(gòu)設(shè)計上指明鋰離子電池材料可能的結(jié)構(gòu)特點。自此，鋰離子電池迎來重要的轉(zhuǎn)折。

Stanley Whittingham的電池結(jié)構(gòu)示意圖

Stanley Whittingham設(shè)計的電池由金屬鋰作為負極，活潑的金屬鋰負極所構(gòu)成的電池，其電壓剛好超過2V。雖然該型電池充滿了潛力，但是金屬鋰活潑的性質(zhì)導(dǎo)致這種電池并不穩(wěn)定，甚至隨時都有可能爆炸，無法正常使用。

“科學(xué)的魅力在于，當(dāng)發(fā)現(xiàn)未知的可能性需要探索，你便無法自拔。”

盡管Stanley Whittingham提出的電池框架不夠成熟，但是依舊擋不住人們狂熱的探索激情。1980年，John Goodenough證明了他的預(yù)測，如果使用可逆脫嵌鋰離子的過渡金屬氧化物L(fēng)iCoO2可將電壓提高到4V，比過渡金屬硫化物更高效和穩(wěn)定。鋰離子電池再一次迎來至關(guān)重要的轉(zhuǎn)折。

John Goodenough的電池結(jié)構(gòu)示意圖

John Goodenough的這一發(fā)現(xiàn)，突破性的解決了四個圍繞鋰離子電池的關(guān)鍵問題：首次將含鋰正極引入鋰離子電池，為正極材料設(shè)計提供新思路；擺脫鋰負極作為唯一鋰源，開創(chuàng)無鋰負極；引入可脫嵌鋰離子的過度金屬氧化物替代過渡金屬硫化物為正極，將電壓提高到4V，成為單芯電壓最高的二次電池；無鋰負極，跨越式的提高了電池的安全性。

“破繭成蝶之前，美麗也是空洞的�！�

數(shù)十年的研究沉淀，所為的不過是產(chǎn)業(yè)化那輕輕一躍。1985年，吉野彰（Akira Yoshino）以Goodenough的電池結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了首個商業(yè)上可行的鋰離子電池。該型電池以鈷酸鋰作為正極，石油焦作為負極，電解液采用了以六氟磷酸鋰為鋰鹽、碳酸乙烯酯與碳酸丙烯酯混合溶液為溶劑的設(shè)計。這是一款重量輕，堅固耐用的電池，在其性能下降之前可以充電數(shù)百次。它優(yōu)點在于，徹底擺脫了電極的化學(xué)分解放電，取而代之的是鋰離子在電極間脫嵌遷移放電。

吉野彰（Akira Yoshino）的電池結(jié)構(gòu)示意圖

自1991年正式商業(yè)化運營以來，鋰離子電池已經(jīng)滲透進我們生活的方方面面，它們隨著人們需求的改變不斷調(diào)整這形態(tài)、結(jié)構(gòu)、甚至組成。如今的鋰離子電池，早已隨著技術(shù)的迭代變得面目全非，但是人們依舊可以從其原理依稀瞧見它當(dāng)年的模樣。時代的前進，科學(xué)技術(shù)也在不斷的發(fā)展，曾經(jīng)不可能的事物正逐漸變的可能，縱使模糊了樣子，其背后所承載的勇于探索、孜孜以求的科學(xué)精神仍舊在激勵著一代又一代的科研人員砥礪向前。

信息來源：諾貝爾獎委員會官網(wǎng)、中國粉體網(wǎng)