中國(guó)粉體網(wǎng)訊 Jeff Dahn教授是目前國(guó)際上鋰離子電池材料研究領(lǐng)域最著名的學(xué)者之一，他曾榮獲加拿大最高科學(xué)與工程獎(jiǎng)Gerhard Herzberg Gold Medal in Science and Engineering金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?2017)。現(xiàn)為加拿大皇家科學(xué)院院士，為加拿大自然科學(xué)基金委的杰出教授（Canada Research Chair)，獲加拿大物理學(xué)會(huì)的杰出教師獎(jiǎng)（2009），目前擔(dān)任國(guó)際著名電動(dòng)汽車公司Tesla的首席科學(xué)家。
一、Jeff Dahn的經(jīng)歷概述
1982年，Jeff Dahn在加拿大的英屬哥倫比亞大學(xué)（UBC）取得物理學(xué)博士學(xué)位；
1985年，Jeff在Moli Energy度過(guò)了5年的產(chǎn)業(yè)研發(fā)時(shí)光；
1990年，Jeff在西蒙弗雷澤大學(xué)物理學(xué)任教；
1996年，Jeff回到本科母�！_(dá)爾豪斯大學(xué)擔(dān)任教授至今，并與3M公司展開(kāi)了長(zhǎng)達(dá)20年的任職生涯，擔(dān)任電池材料工業(yè)研究主席，為3M公司貢獻(xiàn)了眾多專利，成為3M公司電池領(lǐng)域盈利的主要來(lái)源；
2016年起，與3M結(jié)束合約的Jeff Dahn攜手Tesla，擔(dān)任Tesla Canada的工業(yè)研究主席。
二、Jeff Dahn的卓越貢獻(xiàn)
1979-1987年間，Jeff Dahn研究了TaS2 、Mo6Se8、ZrS2、ZrSe2、Mo6S8等材料的鋰離子電池性能；
1990-1993年間，Jeff Dahn研究了LiNiO2、WO3、LiCoO2、LiMn2O4等；
1994年，Jeff Dahn在Science上發(fā)表首篇水系鋰離子電池文章；
1995年，又在Science上發(fā)表文章報(bào)道Li+嵌碳的三種機(jī)理；
2002年，報(bào)道世界首個(gè)三元鋰電池；
2005年，提出了在電池中加入氧化還原電對(duì)來(lái)防止過(guò)充；
2006年，比較LixSi和LiC6的性能；
2007年，開(kāi)發(fā)了可用于Si負(fù)極的粘結(jié)劑；
2008年，Al部分取代三元材料中的Co，以及全部取代Co的正極材料的性能；
2011年，面對(duì)學(xué)術(shù)界中電池制作工藝的不規(guī)范，提出了學(xué)術(shù)研究中的扣式電池的裝配方法；
2014年，發(fā)明了用阿基米德浮力測(cè)試軟包電池中的產(chǎn)氣情況；
2016年，高壓鋰離子軟包電池中的電解液和添加劑的選擇；
2017年，定量、理解、評(píng)估鋰離子電池中的氣體消耗；
2017年，軟包電池中硅負(fù)極的體積、壓力和厚度變化。
2019年，加熱化成提升無(wú)負(fù)極鋰金屬電池低溫循環(huán)性能；
2019年，提出Co在高鎳正極中不是必要的，鼓勵(lì)更多的研究；
2020年，超聲成像在鋰電池檢測(cè)當(dāng)中的應(yīng)用(Joule)；
2020年，糾正無(wú)負(fù)極鋰金屬電池的失效機(jī)制，其實(shí)是電解液的消耗，導(dǎo)致產(chǎn)氣(Nature Energy)；
2020年，鋰離子電池和鋰金屬電池結(jié)合，實(shí)現(xiàn)安全性，循環(huán)性和能量密度之間的平衡（Joule）。
以上的列舉并不能囊括Jeff Dahn的全部貢獻(xiàn)，在過(guò)去20年中，Jeff Dahn共發(fā)表了超過(guò)640篇論文，同時(shí)還是65項(xiàng)發(fā)明的共同發(fā)明人。
三、Jeff Dahn的產(chǎn)研結(jié)合之路
Jeff Dahn畢業(yè)后的三次工作經(jīng)歷在Jeff的產(chǎn)研結(jié)合過(guò)程中留下了濃墨重彩的一筆，分別是Moli Energy、3M和Tesla。
畢業(yè)后在Moli工作的Jeff Dahn主要關(guān)注鋰離子電池的原材料和反應(yīng)機(jī)理，為電池的產(chǎn)業(yè)化奠定了理論基礎(chǔ)；3M工作期間，鋰電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，Jeff Dahn的研究方向分為電解液添加劑、電解質(zhì)與電極材料的結(jié)合和庫(kù)侖效率三方面，為鋰電池的工業(yè)應(yīng)用掃清障礙；現(xiàn)在的Jeff Dahn作為Tesla的戰(zhàn)略合作伙伴，研究領(lǐng)域也更上一層樓——為了更好地改善鋰電池的電池性能，他目前的研究方向?yàn)殡姵氐氖C(jī)理和高端添加劑，Jeff Dahn及其團(tuán)隊(duì)的研究成果已經(jīng)成為了Tesla的“秘密武器”。
1.Moli Energy的產(chǎn)研結(jié)合初試
Jeff Dahn自1985年博士畢業(yè)后即加入Moli Energy，這家公司是全球第一家鋰金屬可充電電池的量產(chǎn)制造商，同時(shí)也是北美第一家鋰離子電池的制造商。在Moli就職期間，Jeff著重搭建鋰電池產(chǎn)業(yè)化體系，對(duì)三元電池體系、含Ni/Co可充電鋰電池、無(wú)水/帶水電解質(zhì)可充電鋰電池等進(jìn)行了探索。
1985~1989年，Jeff Dahn的研究成果主要包括對(duì)鋰離子電池架構(gòu)的嘗試與探索。Jeff Dahn嘗試了LixZrSe2、LixCuyMo6S8、LixTiS2、Li2NiO2等，并于1993年申請(qǐng)了鋰化二氧化鎳及其制備的二次電池專利——具有化學(xué)式LixXNi2-xyMyO2的鋰化二氧化鎳陰極活性材料。
1990~1992年，Jeff Dahn對(duì)陰極材料的研究情有獨(dú)鐘，研究了大量陰極活性材料、粘合劑，以及將鋰嵌入碳電極的工藝。他的研究成果包括：
（1）在PC和EC電解質(zhì)的50:50混合物中使用的Li /石墨和Li /石油焦炭電池僅在首次放電時(shí)才顯示不可逆的反應(yīng)；
（2）通過(guò)兩種不同的插層化合物制造可充電的LiNiO2電池；
（3）LixCOO2中鋰嵌入的電化學(xué)和原位X射線衍射研究，等等。其中，Jeff對(duì)電池負(fù)極的貢獻(xiàn)非常大。鋰離子電池電解液的配方中含有EC已經(jīng)成為工業(yè)界的共識(shí)，如果沒(méi)有Jeff提出的EC，石墨不可能成為成熟的鋰離子電池負(fù)極。這些成果至今仍然經(jīng)常被學(xué)術(shù)論文引用，足可見(jiàn)其影響力。
1994年起，Jeff Dahn將目光轉(zhuǎn)向了陽(yáng)極材料。他嘗試了將石墨碳插入化合物、酚醛樹(shù)脂前體碳插入化合物、碳質(zhì)主體化合物等方式改進(jìn)電池陽(yáng)極。
1996年，Jeff Dahn與3M展開(kāi)合作。但在1999年Jeff仍將“鋰錳氧化物等固溶體材料的制備方法”專利授予Moli（此時(shí)已更名為NEC Moli Energy）應(yīng)用，這種方法可制備出適合作為鋰離子可充電電池陰極的材料，僅用兩步法即可合成鋰化的錳氧化物。
在Moli Energy的5年全職研發(fā)經(jīng)歷，讓Jeff Dahn感受到了研究成果工業(yè)化的重要性。自此開(kāi)始，Jeff一直致力于將高校研究與產(chǎn)業(yè)研發(fā)成果緊密結(jié)合。
2. 3M的電池工業(yè)研發(fā)
Jeff Dahn自1996年開(kāi)始與3M開(kāi)始合作，極大地填補(bǔ)了3M鋰離子電池領(lǐng)域的專利空白。截至目前，Jeff Dahn與3M合作期間的研發(fā)大量產(chǎn)品仍然在市場(chǎng)上流通廣泛。與3M合作期間，Jeff Dahn的兩項(xiàng)最重要的發(fā)明均落地這段時(shí)間——NMC三元電池和高精度庫(kù)侖法。其中，NMC的研究成功，極大地撼動(dòng)了磷酸鐵鋰在電動(dòng)汽車電池屆的地位，在當(dāng)時(shí)的“專利大戰(zhàn)”中殺出了一條血路。
2001年4月，Jeff Dahn發(fā)明了可以規(guī)模商業(yè)化的鎳鈷錳三元復(fù)合正極材料，由于他精確地限定了NMC中鎳的含量，業(yè)界公認(rèn)Jeff是三元材料真正的開(kāi)創(chuàng)者和發(fā)明者。同月，3M向美國(guó)申請(qǐng)了編號(hào)US6964828B2的基礎(chǔ)核心專利，意味著只要使用三元體系，就無(wú)法避免使用到這項(xiàng)專利。
2012年，隨著Tesla的飛速崛起，馬斯克將研發(fā)團(tuán)隊(duì)的擴(kuò)充作為重要任務(wù)，3M也無(wú)法避免“被挖角”的命運(yùn)，這也成為了3M解散鋰電研發(fā)部門的契機(jī)。3M采取了“人走專利權(quán)留下”的策略，開(kāi)始通過(guò)對(duì)外輸出專利和技術(shù)合作的方式獲取利潤(rùn)，并有優(yōu)美科、松下、三星、杉杉、湖南瑞翔等企業(yè)合作伙伴。其中，優(yōu)美科與3M采取了深度綁定策略，即優(yōu)先向?qū)Ψ教峁⿲＠跈?quán)和技術(shù)合作。同樣地，這段時(shí)間，Jeff Dahn也為優(yōu)美科提供了很多專利的使用權(quán)。
除了三元電池，Jeff Dahn在3M的主要任務(wù)還包括電解液添加劑、鋰鹽添加劑的開(kāi)發(fā)以及電解液與電池正、負(fù)極的反應(yīng)改進(jìn)。思維超前的Jeff Dahn將關(guān)注點(diǎn)集中在粘結(jié)劑、添加劑、催化劑以及納米復(fù)合材料上，粘合劑方面，Jeff提出了羧甲基纖維素鈉、Nafion等；添加劑包括碳酸亞乙烯酯（VC）、C3H9B3O6、LiN(CF3SO2)2等；催化劑方面有Co—C—N還原催化劑、Fe—C—N減氧催化劑等。LiTFSi至今仍然是3M的強(qiáng)勢(shì)產(chǎn)品。
Jeff Dahn在與3M合作期間進(jìn)行了大量電極、電解液以及添加劑的新嘗試，合作后期的Jeff也開(kāi)始著眼于電池壽命的改善、電池老化的機(jī)理、電池效率的改善等，這些為他后期與Tesla的合作奠定了基礎(chǔ)。
3. Tesla 電池材料的研發(fā)
Jeff Dahn與Tesla合作，旨在開(kāi)發(fā)壽命更長(zhǎng)，成本更低的鋰離子電池。Jeff Dahn在合作之初就表示：從理論上講，只需將鋰離子電池充電至更高的電壓即可輕松提高其能量密度。問(wèn)題是這樣做時(shí)，電池的使用壽命會(huì)受到損害。因此，鋰電池的性能改善始終是壽命和能量密度之間的權(quán)衡。
JeffDahn和他的電池實(shí)驗(yàn)室在Tesla工作期間，著重對(duì)電池的失效機(jī)理和高端催化劑進(jìn)行了研究。從開(kāi)始合作起，Jeff Dahn 研究小組就陸續(xù)取得突破成就。2016年，Jeff Dahn實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始著手研發(fā)無(wú)負(fù)極鋰電池，改善其阻抗的快速增長(zhǎng)和氣體的產(chǎn)生；2017年，Jeff實(shí)驗(yàn)室對(duì)助劑、電池性能的改善和電池負(fù)極硅含量的調(diào)整進(jìn)行了研究；2018年，Jeff 重點(diǎn)關(guān)注電池的循環(huán)效率、無(wú)陽(yáng)極鋰電池性能，研究了富鎳LiNixMnyCozO2的結(jié)構(gòu)、電化學(xué)及性能，為2019年無(wú)鈷電池概念的提出奠定了重要基礎(chǔ)；2019年，Jeff團(tuán)隊(duì)對(duì)電池性能的改善、壽命的延長(zhǎng)做出了貢獻(xiàn)，并對(duì)阻抗進(jìn)行了更加深入的研究分析。2019年底，具有核殼結(jié)構(gòu)的無(wú)鈷富鎳正極材料正式面世，并于2020年在工業(yè)界掀起軒然大波。
四、Jeff Dahn的人生感言
“我認(rèn)為托馬斯·愛(ài)迪生也許說(shuō)得最好，99％的汗水和1％的天賦�！� Jeff說(shuō)�！拔腋嬖V我的學(xué)生，當(dāng)你進(jìn)行研究時(shí)，如果一年中有四個(gè)或五個(gè)驚喜時(shí)刻，那就是個(gè)好年頭�！�
Jeff將所有精力投入到研究和團(tuán)隊(duì)合作上，一直在攻克各種各樣的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，在這40年中，Jeff最引以為傲的就是他的學(xué)生。
“多年來(lái)，我很幸運(yùn)和一些非常出色的研究生和博士后工作。我現(xiàn)在有來(lái)自突尼斯，愛(ài)沙尼亞，泰國(guó)，中國(guó)，美國(guó)，加拿大，印度的學(xué)生。擁有如此豐富的文化組合真是太好了。每個(gè)人都有不同的處理問(wèn)題的方式。能夠?qū)⑦@些多元化的特色放入實(shí)驗(yàn)室中確實(shí)是一種榮幸。會(huì)使實(shí)驗(yàn)變得有趣。”
當(dāng)問(wèn)到他為下一代研究人員提供的最有價(jià)值的建議是什么？Jeff說(shuō)“你必須愛(ài)你所做的事，對(duì)于研究人員而言，那是最重要的事情。”
資料來(lái)源：
廈門大學(xué)新聞網(wǎng)、Jeff Dahn Research Group、商業(yè)新知網(wǎng)、風(fēng)口調(diào)研、Closnail、電池中國(guó)。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初心）
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