新型電池材料與技術

1鋰離子電池001
1.1鋰離子電池反應機理001
1.2鋰離子電池組成002
1.2.1鋰離子電池正極材料003
1.2.2鋰離子電池電解液004
1.2.3鋰離子電池負極材料005
1.2.4鋰離子電池隔膜材料006
1.2.5鋰離子電池黏結劑材料007
1.2.6鋰離子電池導電劑材料007
1.3鋰離子電池正極研究進展008
1.3.1層狀型化合物008
1.3.2尖晶石型化合物009
1.3.3聚陰離子型化合物010
1.3.4正極材料所存在的問題以及改性研究011
1.4鋰離子電池電解液研究進展016
1.4.1有機系電解液016
1.4.2離子液體電解液017
1.4.3水系電解液018
1.4.4凝膠型聚合物電解質019
1.4.5固態(tài)電解質021
1.4.6電解液的應用需求和設計原則024
1.5鋰離子電池負極研究進展024
1.5.1嵌入型材料024
1.5.2合金型材料025
1.5.3轉換型材料027
1.6鋰離子電池隔膜研究進展028
1.6.1聚合物隔膜028
1.6.2無機陶瓷隔膜029
1.6.3聚合物復合隔膜032
1.7鋰離子電池黏結劑研究進展033
1.7.1油性黏結劑033
1.7.2水性黏結劑034
1.8鋰離子電池導電劑研究進展035
1.9總結與展望036
習題038
參考文獻038

2凝膠聚合物電解質及其復合體系在鋰電池中的應用049
2.1凝膠聚合物電解質概述049
2.1.1凝膠聚合物電解質的特性與發(fā)展歷史049
2.1.2凝膠聚合物電解質的分類050
2.2聚合物電解質基本要求與表征051
2.2.1離子電導率051
2.2.2鋰離子遷移數(shù)051
2.2.3電化學窗口051
2.2.4熱穩(wěn)定性052
2.2.5孔隙率052
2.2.6吸液率052
2.3凝膠聚合物電解質及其復合體系分類053
2.3.1聚氧化乙烯（PEO）基凝膠電解質053
2.3.2含有氰基的凝膠電解質（GPE）061
2.3.3聚丙烯酸酯基凝膠電解質062
2.3.4含氟凝膠電解質068
2.3.5其它類型凝膠電解質071
2.4總結與展望072
習題073
參考文獻073

3應用于固態(tài)鋰電池的無機固體電解質078
3.1固體電解質的分類078
3.2氧化物電解質079
3.2.1鈣鈦礦型電解質079
3.2.2NASICON型電解質080
3.2.3石榴石型電解質081
3.3硫化物基鋰離子導體083
3.3.1Thio-LiSICONs083
3.3.2LGPS基電解質084
3.3.3硫銀鍺型085
3.4新型硫代磷酸酯導體085
3.5鹵化物電解質086
3.5.1Li3InCl6086
3.5.2反鈣鈦礦型電解質087
3.6總結與展望088
習題088
參考文獻088

4鋰-空氣電池096
4.1鋰-空氣電池的組成096
4.1.1正極096
4.1.2負極097
4.1.3電解質098
4.2充放電反應機理100
4.2.1放電100
4.2.2充電103
4.3原位表面增強拉曼光譜（SERS）研究鋰-空氣電池反應原理104
4.3.1原位SERS簡介104
4.3.2放電反應路徑105
4.3.3充放電的反應位點106
4.4鋰-空氣電池的進展和挑戰(zhàn)107
4.4.1正極107
4.4.2負極108
4.4.3電解液108
4.5總結與展望109
習題110
參考文獻111

5可充放鋰硫電池114
5.1鋰硫電池基本原理115
5.2鋰硫電池研究歷史117
5.3鋰硫電池面臨的主要問題118
5.4硫-碳復合正極材料120
5.4.1基于微/介孔碳的復合材料120
5.4.2復合材料的合成方法121
5.4.3無黏結劑復合電極121
5.4.4硫-高分子雜化材料122
5.5電解質材料的選擇123
5.5.1液態(tài)電解質123
5.5.2固態(tài)電解質123
5.6不同鋰硫電池結構124
5.6.1碳中間層124
5.6.2鋰/溶解多硫化物電池124
5.7總結與展望125
習題126
參考文獻126

6鈉離子電池131
6.1鈉離子電池反應機理132
6.2鈉離子電池組成132
6.2.1鈉離子電池正極材料133
6.2.2鈉離子電池電解液133
6.2.3鈉離子電池負極材料134
6.3鈉離子電池正極研究進展135
6.3.1鈉基過渡金屬氧化物135
6.3.2聚陰離子化合物136
6.3.3普魯士藍及類普魯士藍結構137
6.3.4正極材料所存在的問題以及改性研究138
6.4鈉離子電池電解液研究進展142
6.4.1有機系電解液143
6.4.2離子液體電解液144
6.4.3水系電解液144
6.4.4固體電解質145
6.4.5凝膠型聚合物電解質148
6.4.6電解液目前的需求及相應設計149
6.5鈉離子電池負極研究進展149
6.5.1嵌入型材料149
6.5.2轉換型材料151
6.5.3合金型材料156
6.5.4鈉離子材料的設計及改性160
6.6總結與展望160
習題161
參考文獻161

7鈉硫電池168
7.1鈉硫電池基本構造與原理169
7.2高溫鈉硫電池171
7.3室溫鈉硫電池172
7.3.1存在的問題和解決方案172
7.3.2重要研究進展172
7.4總結與展望186
習題187
參考文獻187

8鋅-空氣電池193
8.1化學原理194
8.2鋅電極196
8.2.1反應機理196
8.2.2鋅電極限制性能的因素196
8.3氧電極198
8.4空氣電極199
8.5隔膜200
8.6電解質201
8.6.1水系電解質201
8.6.2固態(tài)電解質201
8.6.3離子液體電解質202
8.7鋅-空電池催化劑202
8.7.1OER催化劑202
8.7.2雙功能催化劑205
8.8鋅-空氣電池性能與限制因素212
習題213
參考文獻213

9鋁-空氣電池218
9.1鋁-空氣電池概述218
9.1.1鋁資源218
9.1.2鋁-空氣電池工作原理219
9.1.3鋁-空氣電池應用219
9.2鋁-空氣電池陽極220
9.2.1鋁陽極的研究進展220
9.2.2鋁陽極的制備222
9.3鋁-空氣電池陰極223
9.3.1氧氣還原催化劑223
9.3.2空氣電極的制備228
9.4鋁-空氣電池電解液229
9.4.1緩蝕劑229
9.4.2固態(tài)電解質230
9.5鋁-空氣電池存在的問題及展望231
習題232
參考文獻232

10質子交換膜燃料電池陰極催化劑的設計與調控235
10.1燃料電池概述235
10.1.1燃料電池歷史235
10.1.2燃料電池基本工作原理236
10.1.3燃料電池的特點和優(yōu)勢236
10.1.4燃料電池主要類型237
10.2質子交換膜燃料電池的工作原理和結構238
10.3質子交換膜燃料電池貴金屬催化劑240
10.3.1貴金屬催化劑的活性240
10.3.2貴金屬催化劑的穩(wěn)定性242
10.4質子交換膜燃料電池非貴金屬催化劑244
10.4.1典型的非貴金屬催化劑244
10.4.2非貴金屬催化劑穩(wěn)定性研究249
10.5總結與展望251
習題252
參考文獻252

11太陽電池257
11.1硅太陽電池258
11.1.1硅太陽電池結構及工作原理259
11.1.2晶硅太陽電池259
11.1.3薄膜硅太陽電池260
11.1.4硅太陽電池的應用261
11.1.5總結與展望262
11.2銅銦鎵硒太陽電池262
11.2.1銅銦鎵硒太陽電池結構及特點262
11.2.2銅銦鎵硒薄膜的制備方法264
11.2.3銅銦鎵硒太陽電池存在的問題264
11.2.4總結與展望264
11.3碲化鎘太陽電池265
11.3.1碲化鎘太陽電池特點265
11.3.2碲化鎘薄膜制備方法266
11.3.3背接觸層及背電極266
11.3.4總結與展望266
11.4有機太陽電池267
11.4.1有機太陽電池結構及工作原理268
11.4.2有機太陽電池優(yōu)勢與存在的問題269
11.4.3總結與展望270
11.5染料敏化太陽電池270
11.5.1染料敏化太陽電池基本結構及工作原理270
11.5.2染料敏化太陽電池研究重點271
11.5.3染料敏化太陽電池存在的問題272
11.5.4總結與展望273
11.6鈣鈦礦太陽電池273
11.6.1鈣鈦礦太陽電池結構及工作原理273
11.6.2鈣鈦礦太陽電池發(fā)展概況274
11.6.3存在的問題及解決辦法275
11.6.4總結與展望276
習題276
參考文獻276

12雙離子電池280
12.1雙離子電池發(fā)展280
12.1.1傳統(tǒng)鋰離子電池的局限和研究現(xiàn)狀280
12.1.2雙離子電池的工作原理及特點282
12.1.3雙離子電池的發(fā)展歷程285
12.1.4雙離子電池電解液的發(fā)展287
12.2雙離子電池的反應機理293
12.2.1正極的反應機理293
12.2.2負極的反應機理298
12.3陰離子反應動力學的改進305
12.3.1正極結構設計和改性305
12.3.2新型正極材料311
12.4陽離子反應動力學的改進313
12.4.1負極材料的插層313
12.4.2合金化負極材料316
12.4.3新型負極材料317
12.5總結與展望319
習題320
參考文獻320

13纖維狀電池332
13.1纖維狀電池的設計原理333
13.1.1電極334
13.1.2電解質336
13.1.3器件構型336
13.2纖維狀電池概述337
13.2.1纖維狀鋰基電池338
13.2.2纖維狀鈉基電池344
13.2.3纖維狀鋅基電池346
13.2.4纖維狀空氣電池347
13.2.5其它纖維狀電池351
13.3多功能與集成化系統(tǒng)352
13.3.1防水/防火纖維狀電池352
13.3.2自愈合與形狀記憶纖維狀電池353
13.3.3其它多功能纖維狀電池354
13.3.4集成化系統(tǒng)355
13.4從纖維狀電池到儲能紡織品357
13.4.1纖維狀電池縫在現(xiàn)有織物上358
13.4.2梭織/針織織物電池359
13.5未來可穿戴應用的技術問題360
13.5.1細長的纖維狀結構引起的高內阻361
13.5.2制備困難361
13.5.3隔膜的安置困難361
13.5.4封裝困難362
13.5.5厚度減小困難362
13.5.6機械強度低362
13.5.7難以實現(xiàn)紗線質感362
13.5.8缺乏評估力學性能的測試標準363
13.5.9安全問題363
13.5.10多功能化和集成化363
13.5.11纖維狀電池的電化學性能364
13.6總結與展望365
習題365
參考文獻365

14可降解電池375
14.1體內生物可降解電池376
14.1.1體內生物可降解電池的工作原理376
14.1.2生物可降解聚合物378
14.2環(huán)境可降解電池379
14.3可降解電池應用及前景382
14.3.1可降解電池的可降解性382
14.3.2可降解電池的應用382
習題384
參考文獻384

15電池表征技術387
15.1實驗室常用表征技術389
15.1.1晶體結構表征390
15.1.2化學成分分析394
15.1.3微觀組織形態(tài)表征398
15.1.4元素價態(tài)分析406
15.1.5分子價鍵表征409
15.1.6熱分析技術411
15.2同步輻射實驗技術414
15.2.1同步輻射XRD414
15.2.2對分布函數(shù)實驗技術（PDF）415
15.2.3同步輻射X射線譜學實驗技術417
15.2.4同步輻射X射線成像技術420
15.2.5同步輻射原位實驗方法與裝置422
15.3中子實驗技術424
15.3.1中子衍射（ND）425
15.3.2中子成像426
15.3.3中子深度剖面譜（NDP）427
習題429
參考文獻429