99 岁锂电池之父最新论文：再次聚焦固态电解质

你手机、电动车的命，都是他给的。诺奖最年长者JohnB.Goodenough，人称“足够好”老爷爷。他58岁发现钴酸锂，75岁找到磷酸铁锂，94岁研究固态电池。即将迈入百岁大关，还在JACS（《美国化学会志》）和Angew（德国化学类期刊）上发表论文。不是综述，不是挂名，还很高产的那种。最新论文说了啥？Goodenough以通讯作者的身份，在Angew上发表了有关固态锂电池的最新论文。他的团队提出了一种固态电解质的制备方法，不仅能提高固态锂电池的性能，还能抑制锂枝晶的形成。论文中提及的PEO基聚化合物电解质，由于有着高电导率、强放电性，以及成本低而被业内看好。不过这种电解质仍然存在缺陷：易结晶、在室温下会表现出较低的锂离子电导率。Goodenough团队在此基础上引入了Li2S6作为添加剂，一举解决了以上两个痛点，还减小了界面阻，加速了锂离子的传输。今年5月，Goodenough和团队的其他成员还在JACS上发表了另一篇论文。解决的也是相同的问题，不同的是引入Mg(ClO4)2作为添加剂。这位锂电池之父为什么如此关注固态电解质？传统锂电池和固态锂电池最大的区别在于，前者使用隔膜和电解质中含有液态的物质进行导电，后者则用固态电解质导电。有了它，固态锂电池就能练就不腐蚀、不漏液、耐高温的金刚不坏之身。目前固态电解质的研发主要分为三条技术路线，分别是硫化物、氧化物和聚合物。Goodenough团队在聚合物，尤其是PEO电解质的方向上努力。根据宁德时代公布的两项固态电池专利来看，其固态电池方案与硫化物电解质相关。另一位电池巨头LG化学，正在着手研发聚合物和硫化物固态电池。被视为下一个风口的固态电池，正是Goodenough步入90岁以后想要突破的新关隘。锂电池界的最强发现者与锂电池结缘，是Goodenough人生故事的后半部。在此之前，他也经历过大多数年轻人的迷茫与动荡，还换过许多个专业、跳过好几次槽……最初进入耶鲁大学学习古典文学，因为患有阅读障碍转了专业。念过哲学，中途修了两门化学课攒学分，最后在一名教授的建议下选择了数学。毕业后赶上二战爆发，Goodenough加入美国空军，却被派去收集气象数据。退役后他做出一个重要的决定，去芝加哥大学攻读物理学博士。在芝加哥大学，Goodenough以固体物理为研究领域，师从当时赫赫有名的物理学家齐纳，为日后的研究打下坚实的基础。博士毕业后，他被推荐到麻省理工的林肯实验室工作，在这里第一次接触到了电池。开启Goodenough一连串发现的正是他的又一次跳槽。来到牛津大学任职无机化学实验室主任时，Goodenough已经54岁。此时一家叫做MoliEnery的加拿大公司，刚从持有锂电池技术的狂喜跌落到深渊。准备大干一场的他们，因为锂电池极易起火爆炸，发生了伤亡后产品被勒令召回，从此一蹶不振。Goodenough发现了一种奇特的材料——钴酸锂，能够取代活泼的金属锂提供锂离子。同时把钴酸锂作为正极材料还能解决另一个问题，改善锂枝晶的存在。什么是锂枝晶？金属锂的表面容易长出这种形似树枝的晶体，并且在电池使用过程中会不断生长。锂枝晶一旦刺穿电池正负极之间的隔膜，就会导致电池自燃。如今电动车上使用的锂电池，虽然技术已远超当年，但锂枝晶依然存在。寻找一种稳定的正极材料、抑制锂枝晶的形成，成为了Goodenough的使命。58岁发现钴酸铁锂后，Goodenough的研发生涯如同开了外挂。61岁发现锰尖晶石正极材料，75岁发现磷酸铁锂正极材料。正是这一连串的发现奠定了他锂电池之父的地位，97岁时加冕了诺贝尔化学奖。今天，99岁的Goodenough还在从事着他热爱的事业，发论文、做研究，活跃在一线。Dogoodanyway除了固态电解质，固态电池研发者还面临诸多问题。比如找到合适的正、负极材料，再比如减小界面阻，提高锂离子的传输速度。为此，Goodenough还“忽悠”一位女物理学家布拉加搬到美国奥斯汀，加入他的团队。最终他们共同研制出一种由特殊钠玻璃制成的、低成本全固态电池，预测储能是当前锂电池的3倍。去年，宁德时代的21C创新实验室在福建宁德建成，Goodenough还专门发来贺电。他在信中表示：他相信宁德时代在锂电池方面的创新会减少人们对于化石燃料的依赖。据悉，21C实验室中短期的研究方向也包括了固态电池的研发。这与Goodenough96岁时接受媒体采访时的愿景完全一致。他想解决汽车的问题，想让汽车尾气从全世界的高速公路上消失。Goodenough在办公室门口贴了这么一句话，激励自己：Dogoodanyway。