锂电池发明者：我才九十多岁，还有时间；97岁成最年长诺贝尔奖得主

北京时间10月9日下午5点45分许，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2019年度诺贝尔化学奖授予美国得州大学奥斯汀分校约翰·班宁斯特·古迪纳夫（John. B. Goodenough）教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校斯坦利·惠廷汉姆（Stanley Whittingham）教授和日本化学家吉野彰（Akira Yoshino教授，以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。

他们将分享900万瑞典克朗（约合人民币647万元）的奖金。

诺奖委员会表示，三位科学家发明了轻便的可携带电池，让人们可以在车和手机中使用，开启了电子设备便携化进程。

全世界都在使用锂离子电池来为我们用于交流、工作、学习、娱乐的便携式电子设备提供能量。

古迪纳夫首先发现了钴酸锂作为合适的阴极材料，后续又发现了锰基尖晶石和磷酸铁锂。吉野彰在确立锂离子电池的基本框架后，后续不断改进其性能与安全性。值得一提的是古迪纳夫今年已经 97 岁高龄了。在此之前，这个记录由 90 岁高龄获得 2007 年诺贝尔经济学奖的里奥尼德·赫维克兹保持。

锂电池的结构示意图（图片来源：By Colintheone (https://avs.scitation.org/doi/10.1116/1.4983210) [CC BY-SA 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons）

1979年，古迪纳夫发现钴酸锂适合作为阴极材料，降低了已存锂离子电池（由金属锂做阴极材料）的安全隐患。吉野彰采用了这一发现，先是以聚乙炔后以碳基材料为阳极，在电池中消除金属锂，使用含锂化合物，确立了现代锂离子电池的基本框架。1991年，索尼公司将两人合作研发的锂离子电池推向市场，标志着锂离子电池进入广泛应用。如今锂离子电池被广泛应用到移动电子设备、电动车、太阳能领域。

而吉野彰也凭借在锂离子电池领域的成就，成为第8位获得诺贝尔化学奖的日本科学家，同时也是第22位获得自然科学类诺贝尔奖的日本科学家。

-获奖人简介-

斯坦利·威廷汉姆

主要贡献：被称为可充电锂离子电池的创始之父，是锂离子电池发展史上关键人物。

斯坦利·威廷汉姆（Stanley Whittingham），英国化学家，现任纽约州立大学石溪分校化学系杰出教授，纽约州立大学宾厄姆顿分校化学教授、材料研究和材料科学与工程研究所主任、纽约电池和储能联合会（NYBEST）董事会副主席。2015年，威廷汉姆因在锂离子电池领域的开创性研究获得科睿维安化学领域引文桂冠奖。2018年因将插层化学应用在储能材料上的开创性贡献，当选美国国家工程院院士。

威廷汉姆1941年出生于英国，1968年在牛津大学取得博士学位。他的研究兴趣主要在于寻找能够推进储能的新材料，以显著提高电化学装置的储存能力。近年来，他的研究集中在新型无机氧化物材料的制备及其化学和物理性质。最近，他的课题组发现了单相反应在电池电极放电中的关键作用。

▲短短两页论文，带来了锂电池的雏形（图片来源：参考资料[2]）

Whittingham的锂电池| 图片来源：nobelprize.org

20世纪70年代初，斯坦利·惠廷汉姆（Stanley Whittingham）开发出第一块可工作的锂电池时，他利用锂的巨大动力释放其外部电子。

约翰·班宁斯特·古迪纳夫

主要贡献：因其开发的锂离子可充电电池以及发现古迪纳夫-金森法则用于确定超交换（superexchange）材料磁性符号而受到广泛关注。主要生平：著名固体物理学家，钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人，锂离子电池的奠基人之一，通过研究化学、结构以及固体电子/离子性质之间的关系来设计新材料解决材料科学问题。

约翰·班宁斯特·古迪纳夫（John B. Goodenough），美国固体物理学家，因为发明可充电锂离子电池而闻名于世。1979年古迪纳夫发现，将钴酸锂（LiCoO2）作为电池的阴极，将除锂之外的金属材料作为阳极，能够实现高密度的能量储存。这一发现为锂离子电池的发展铺平了道路，促成了可充电锂离子电池的广泛应用。1983年，古迪纳夫、M.Thackeray等人发现锰尖晶石是优良的电池阳极材料。锰尖晶石具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。1989年，古迪纳夫、A.Manthiram发现采用聚电解质（例如，硫酸盐）的阳极将产生更高的电压，原因是聚电解质的电磁感应效应。此外，他还与日本学者金森顺次郎共同提出“古迪纳夫-金森法则”（Goodenough-Kanamori rules）。

古迪纳夫1922年7月出生于德国，现年97岁。他于1943年获得耶鲁大学数学学士学位，随后于1951年和1952年在芝加哥大学获得物理学硕士和博士学位。他的职业生涯始于麻省理工学院的林肯实验室，在那里他为数字计算机的随机存取存储器（RAM）的开发奠定了基础。离开麻省理工学院后，他于1976年至1986年加入牛津大学担任教授和无机化学实验室负责人。正是在这段时间里，古迪纳夫发明了锂电池。离开牛津大学后，他加入美国得州大学奥斯汀分校，现任该校机械工程和材料科学教授。

Goodenough的锂电池| 图片来源：nobelprize.org

约翰·古德纳特（John Goodenough）将锂电池的潜力提高了一倍，为制造更强大和更实用的电池创造了适当的条件

吉野彰

主要贡献：1983年，吉野运用钴酸锂阴极和聚乙炔阳极制出世界第一个可充电锂离子电池的原型。1985年克服诸多技术问题，彻底消除金属锂，确立了可充电含锂碱性锂离子电池（LIB）的基本概念。这就是现代锂离子电池的诞生。

吉野彰（Yoshino Akira），日本化学家，现代锂离子电池（LIB）的发明者，曾获得工程学界最高荣誉全球能源奖与查尔斯·斯塔克·德雷珀奖。1983年，吉野运用钴酸锂（LiCoO2；锂和氧化钴的化合物，由约翰·B·古迪纳夫、水岛公一等人发现）开发阴极，运用聚乙炔开发阳极，在1983年制出世界第一个可充电锂离子电池的原型。1985年克服诸多技术问题，彻底消除金属锂，确立了可充电含锂碱性锂离子电池（LIB）的基本概念，并取得日本注册专利。吉野彰的锂电池突破以往镍氢电池的技术限制，开启了行动电子设备的革命。由于极高的安全性、稳定的能量输出以及合理的价格，锂离子电池最终于1991年由SONY首次商业化。2014年，美国国家工程院公认约翰·B·古迪纳夫、西义郎、Rachid Yazami和吉野彰为现代锂离子电池所做的先驱性和领先性的基础工作。

吉野彰1948年1月出生于日本大阪。1970年从京都大学工学部石油化学科毕业，1972年获京都大学工学硕士学位，2005年获大阪大学工学博士学位。1972年吉野进入旭化成工业株式会社（现·旭化成株式会社），1994年担任AT&T技术开发部长，1997年担任旭化成（株）离子二次电池事业推进室室长，2003年升任旭化成Fellow。2005年至今担任旭化成（株）吉野研究室室长。

Akira Yoshino的电池 |图片来源：nobelprize.org

Akira Yoshino成功地从电池中去除了纯锂，是电池完全基于锂离子，锂离子比纯锂更安全。这使得电池变得更加实用

-获奖人传奇-

古迪纳夫的一生充满了传奇色彩。他既是著作等身的科学家，也是虔诚的基督徒。他是举世公认的”锂离子电池之父“，却几乎没有从发明中获得利益。他在年轻时酷爱文学与哲学，但最终误打误撞以优异成绩从耶鲁大学数学系毕业。

正当古迪纳夫打算攻读物理学时，二战爆发了，古迪纳夫加入军队，以气象专家的身份为航空部队服务。战争结束后，他决定继续攻读物理学。尽管有教授认为以他的年龄，很难在物理学领域有所建树，但古迪纳夫没有气馁。获得固态物理博士学位后，他进入林肯实验室工作。在那里，他发现了铁氧体磁芯的电流重合记忆功能——电子计算机内存技术的基础。

Goodenough 在德州大学奥斯汀分校的实验室中

在林肯实验室工作期间，古迪纳夫接触到了一些能源材料，研究了锂离子的移动。当时正赶上美国受到阿拉伯国家石油禁运的影响，能源问题日益突出。古迪纳夫决定投身锂电池的研究，机缘巧合下，来到牛津大学担任无机化学教授。

看样子，古迪纳夫似乎又晚到一步：可充电锂电池已经被英国化学家怀廷汉姆发明。但这种电池容易在充放电过程中起火爆炸，难以推广应用。古迪纳夫坚信自己能发明更高效、更安全的锂离子电池。经过反复实验计算，他发现钴酸锂是比原先使用的硫化钛更适合储存锂离子。

地球的另一端，吉野彰也在绞尽脑汁攻克锂离子电池难题。他已经找到了合适的阳极材料，但苦于没有合适的阴极材料——直到他读到了古迪纳夫的论文。吉野彰回忆：“他的发现给了我所需要的一切，钴酸锂运行良好，能把现有的锂镉电池的重量缩减三分之一。”

吉野彰设计的锂离子电池以碳基材料为阳极，以钴酸锂为阴极，完全去除电池中的金属锂，提高了安全性。这一技术范式确立了锂离子电池的基本概念。为了改进锂离子电池性能，吉野彰又对锂离子电池进行了多次技术改良，例如采用铝箔做集流体，用聚乙烯薄膜做离子隔膜，对锂离子电池的电解质改进，使其能够提供更高的电压。

1991年，两人合作发明的锂离子电池被索尼公司推向市场，标志着锂离子电池的大规模使用。两人也因此结下了深厚友谊。此后，吉野彰每年都会去德州拜访古迪纳夫。回顾历史，吉野彰表示：

“电池技术是复杂又困难的学科交叉领域，它的发展需要多方面的专家。在我看来，锂离子电池是集体智慧的成果。”

97岁高龄的古迪纳夫仍然在继续从事能源方面的研究。古迪纳夫希望能研发出高能量密度、高安全性的固态电池，从而解决人类潜在的能源危机。他说：

“我想在去世前解决这个问题，我才九十多岁，还有时间。” 

诺贝尔化学奖近5年获奖者

2018年，美国科学家弗朗西斯·阿诺德、乔治·史密斯和英国科学家格雷戈里·温特尔获奖，以表彰他们在酶进化控制研究等领域的贡献。

2017年，瑞士洛桑大学的雅克·迪波什、美国哥伦比亚大学的约阿基姆·弗兰克和英国剑桥大学的理查德·亨德森获奖，理由是“研发冷冻电子显微镜，用于测定溶液中生物大分子高分辨率结构”。

2016年，法国斯特拉斯堡大学的让 - 皮埃尔·索维奇，美国西北大学的J·弗雷泽·斯托达特爵士和荷兰格罗宁根大学的伯纳德·L·费林加获奖，以表彰他们在分子机器设计与合成领域的贡献。

2015年，瑞典科学家托马斯·林达尔、美国科学家保罗·莫德里克和拥有美国、土耳其双重国籍的科学家阿齐兹·桑贾尔获奖，理由是“DNA修复的机制研究”。

2014年，美国科学家埃里克·白兹格、德国科学家斯特凡·W·赫尔、美国科学家威廉姆·艾斯科·莫尔纳尔获奖，理由是“研制出超分辨率荧光显微镜”。

数说诺贝尔化学奖（1901年~2018年）

▲ 110次

1901年~2018年，诺贝尔化学奖共颁发110次。其间有8年未颁发，分别是：1916年、1917年、1919年、1924年、1933年、1940年、1941年和1942年。
▲ 63次，23次，24次有63次只颁给一位获奖者有23次颁给两位获奖者有24次颁给三位获奖者▲ 180人1901年~2018年，诺贝尔化学奖共授予181位获奖者。其中，弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger）曾两次获奖，因此共有180人获得化学奖。▲ 35岁截至2018年，最年轻的诺贝尔化学奖获得者是弗雷德里克·约里奥（Frédéric Joliot）。1935年，35岁的他和妻子艾琳·约里奥-居里（Irène Joliot-Curie）一起被授予化学奖。▲ 85岁截至2018年，年龄最大的诺贝尔化学奖得主是约翰·芬恩(John B. Fenn)。2002年，85岁的他获得诺贝尔化学奖。▲ 5位在180位诺贝尔化学奖获得者中，有5位是女性。其中有两位——玛丽·居里（Marie Curie）和正多罗西·克劳福特·霍奇金（Dorothy Crowfoot Hodgkin），单独获得诺贝尔化学奖。
1911年——玛丽·居里

1935年——艾琳·约利奥特-居里（Irène Joliot-Curie）（玛丽·居里的女儿，弗雷德里克·约利奥特的妻子)

1964年——正多罗西·克劳福特·霍奇金

2009——阿达·尤纳斯（Ada Yonath）

2018年——弗朗西斯·阿诺德（Frances H. Arnold）

▲ 3人

在180位诺贝尔化学奖获得者中，有3人多次获奖。他们分别是：

玛丽·居里

1903年 物理学奖

1911年 化学奖

莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）

1954年 化学奖

1962年 和平奖

弗雷德里克·桑格

1958年 化学奖

1980年 化学奖

其中，莱纳斯·鲍林是唯一两次单独获得诺贝尔奖的人。

▲ 家族

居里夫妇一家是最成功的“诺贝尔奖家族”。1903年，玛丽·居里和丈夫皮埃尔·居里共同获得诺贝尔物理学奖。
1911年，玛丽·居里再次获得诺贝尔化学奖。1935年，两人的大女儿艾琳·约利奥特·居里和她的丈夫弗雷德里克·约利奥特一起被授予诺贝尔化学奖。
小女儿伊芙·居里（Eve Curie）为联合国儿童基金会（UNICEF）工作，并且嫁给了亨利·拉博伊斯（Henry R. Labouisse）。1965年，亨利·拉博伊斯代表UNICEF接受了诺贝尔和平奖。更多家族获奖者还包括：Hans von Euler-Chelpin（父亲），1929年诺贝尔化学奖得主。Ulf von Euler（儿子），1970年诺贝尔生理学或医学奖得主。Arthur Kornberg（父亲），1959年诺贝尔生理学或医学奖得主。Roger D. Kornberg（儿子），2006年诺贝尔化学奖得主。

本文综合来源：诺贝尔官网，科学网，知识分子，DeepTech深科技，科研圈及网络

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