鈉離子電池：原理與技術(shù)

第1章  緒論1
1.1　能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)概述2
1.2　鈉元素的物理和化學(xué)性質(zhì)4
1.2.1　物理性質(zhì)4
1.2.2　化學(xué)性質(zhì)5
1.3　鈉資源概述7
1.4　鈉電池9
參考文獻(xiàn)11
第2章  鈉離子電池概述12
2.1　鈉離子電池的優(yōu)勢(shì)13
2.2　鈉離子電池的發(fā)展簡(jiǎn)史13
2.2.1　正極材料14
2.2.2　負(fù)極材料16
2.2.3　應(yīng)用體系探索17
2.3　鈉離子電池的工作原理及特點(diǎn)18
2.3.1　工作原理18
2.3.2　主要特點(diǎn)19
2.4　鈉離子電池的基本組成及關(guān)鍵材料20
2.4.1　電極材料21
2.4.2　相關(guān)組件22
2.5　材料相關(guān)表征技術(shù)及應(yīng)用24
2.6　材料的制備方法27
2.7　鈉離子電池發(fā)展的必要性29
參考文獻(xiàn)30
第3章  鈉離子電池電化學(xué)35
3.1　鈉離子電池電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)36
3.1.1　鈉離子電池電極過(guò)程36
3.1.2　電極過(guò)程的數(shù)學(xué)描述37
3.1.3　電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)40
3.2　鈉離子電池電動(dòng)勢(shì)42
3.2.1　鈉離子的嵌入脫出熱力學(xué)42
3.2.2　鈉離子嵌入化合物的點(diǎn)陣氣體模型45
3.2.3　鈉離子電池的電動(dòng)勢(shì)與電極材料的電極電勢(shì)47
3.3　鈉離子電池開路電壓49
3.3.1　開路電壓的本質(zhì)49
3.3.2　費(fèi)米能級(jí)角度的詮釋50
3.3.3　吉布斯自由能角度的詮釋52
3.4　電化學(xué)反應(yīng)原理54
3.4.1　嵌入反應(yīng)55
3.4.2　合金化反應(yīng)56
3.4.3　轉(zhuǎn)化反應(yīng)58
3.4.4　其他反應(yīng)類型61
3.5　鈉離子電池電極及界面特性63
3.5.1　多孔電極結(jié)構(gòu)特征63
3.5.2　多孔電極極化理論67
3.5.3　電池中的界面問(wèn)題71
3.6　基本電化學(xué)測(cè)試方法75
3.6.1　循環(huán)伏安法75
3.6.2　電化學(xué)阻抗譜78
3.6.3　恒電流間歇滴定技術(shù)80
3.6.4　電位階躍技術(shù)82
3.6.5　恒電位間歇滴定技術(shù)83
3.6.6　不同測(cè)試技術(shù)的比較84
參考文獻(xiàn)84
第4章  鈉離子電池正極材料87
4.1　正極材料的選擇要求88
4.2　正極材料的發(fā)展與概述89
4.3　正極材料的種類89
4.3.1　層狀過(guò)渡金屬氧化物材料90
4.3.2　聚陰離子型正極材料110
4.3.3　普魯士藍(lán)類正極材料133
4.3.4　其他無(wú)機(jī)正極材料139
4.3.5　有機(jī)正極材料143
參考文獻(xiàn)156
第5章  鈉離子電池負(fù)極材料176
5.1　負(fù)極材料的概述177
5.2　嵌入反應(yīng)負(fù)極材料179
5.2.1　碳基負(fù)極材料179
5.2.2　非碳嵌入負(fù)極材料198
5.3　轉(zhuǎn)化反應(yīng)負(fù)極材料207
5.3.1　金屬氧化物208
5.3.2　金屬硫化物211
5.3.3　金屬硒化物217
5.3.4　金屬磷化物220
5.4　合金化反應(yīng)負(fù)極材料222
5.4.1　錫負(fù)極材料225
5.4.2　銻負(fù)極材料227
5.4.3　磷負(fù)極材料230
5.4.4　鉛負(fù)極材料232
5.4.5　硅負(fù)極材料232
5.4.6　鉍負(fù)極材料233
5.4.7　鍺負(fù)極材料234
5.5　有機(jī)負(fù)極材料及全有機(jī)電池235
5.5.1　有機(jī)負(fù)極235
5.5.2　全有機(jī)鈉離子電池246
參考文獻(xiàn)248
第6章  鈉離子電池電解質(zhì)溶液274
6.1　電解液的要求及其影響因素275
6.1.1　溶劑275
6.1.2　電解質(zhì)鹽278
6.2　液態(tài)電解液281
6.2.1　碳酸酯電解液281
6.2.2　醚類電解液284
6.2.3　阻燃或不燃電解液287
6.3　電解液添加劑293
6.3.1　添加劑的特點(diǎn)及作用293
6.3.2　成膜添加劑294
6.4　SEI 膜結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)機(jī)理297
6.4.1　SEI 膜的結(jié)構(gòu)及機(jī)制297
6.4.2　不同電極表面的SEI 膜301
6.4.3　SEI 膜的改性305
6.5　凝膠電解液307
6.6　固態(tài)電解質(zhì)309
6.6.1　聚合物固態(tài)電解質(zhì)309
6.6.2　無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)312
6.7　小結(jié)323
參考文獻(xiàn)324
第7章  水溶液鈉離子電池342
7.1　概述343
7.2　水系鈉離子電池的基本原理343
7.3　正極材料的種類345
7.3.1　過(guò)渡金屬氧化物346
7.3.2　聚陰離子型化合物352
7.3.3　普魯士藍(lán)類化合物357
7.3.4　水系有機(jī)正極材料360
7.4　負(fù)極材料的種類360
7.4.1　活性炭361
7.4.2　磷酸鹽負(fù)極362
7.4.3　釩基負(fù)極材料363
7.4.4　其他無(wú)機(jī)負(fù)極材料366
7.4.5　有機(jī)負(fù)極材料367
7.5　水系電解液368
7.5.1　低濃度電解液368
7.5.2　高濃度電解液368
7.5.3　“water-in-salt”型電解液369
7.6　全電池體系370
7.7　挑戰(zhàn)與展望373
參考文獻(xiàn)374
第8章  鈉離子電池材料的理論計(jì)算研究378
8.1　概述379
8.2　計(jì)算方法及實(shí)例簡(jiǎn)介379
8.2.1　結(jié)構(gòu)和能量380
8.2.2　遷移389
8.2.3　穩(wěn)定性394
8.3　材料基因組技術(shù)與鈉離子電池399
8.3.1　材料基因工程399
8.3.2　電池材料的高通量篩選400
8.3.3　機(jī)器學(xué)習(xí)在電池材料探索中的應(yīng)用401
8.4　總結(jié)與展望403
參考文獻(xiàn)404
第9章  鈉離子電池的發(fā)展、機(jī)遇及挑戰(zhàn)408
9.1　鈉離子電池發(fā)展的必要性409
9.2　可選電極材料體系410
9.3　全電池能量密度預(yù)估413
9.4　鈉離子電池的優(yōu)勢(shì)416
9.5　鈉離子電池的機(jī)遇和挑戰(zhàn)417
參考文獻(xiàn)419
索引421