多电子高比能锂硫二次电池

图书标准信息

• 作者 陈人杰 著
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2020-08
• 版次 1
• ISBN 9787030607188
• 定价 160.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 270页
• 字数 350千字

【内容简介】

多电子高比能电池新体系是新能源材料研究领域的重要方向，其中锂硫二次电池是新体系电池的典型代表，也是近年来的研究热点。《多电子高比能锂硫二次电池》系统介绍了基于多电子反应机制的锂硫二次电池的工作原理、发展历程、研究现状和技术难点，重点阐述了锂硫二次电池正极、负极、功能电解质、改性隔膜及功能夹层等关键材料的研究进展，论述了材料创新研究工作中所应用的理论计算方法与先进表征技术，并对锂硫二次电池的工程化应用提出了展望。

【作者简介】

    陈人杰，北京理工大学材料学院教授、博士生导师。担任部委能源专业组委员、中国材料研究学会理事（能源转换及存储材料分会秘书长）、中国硅酸盐学会固态离子学分会理事、靠前电化学能源科学院（iaoee）理事、中国化工学会化工新材料专业委员会委员、中国电池协会电池行业专家。
    面向大规模储能、新能源汽车、航空航天、高端通信等领域对高能电池的重大需求，针对高比能长航时电池新体系的设计与制造、高能电池安全／环境适应的提升、超薄／轻质／长寿命特种储能器件及关键材料的研制、全生命周期电池设计及材料的资源化应用等科学问题，开展多电子高比能二次电池新体系及关键材料、新型离子液体及功能复合电解质材料、特种电源用新型薄膜材料与结构器件、绿二次电池资源化等方面的和科研工作。主持承担了自然科学项目、重点研发计划项目、“863”计划项目、在京高校重大成果转化项目、北京市科技计划项目等课题。
    在chemical review、chemical ociety review、national cience review、advanced material、nature munication、angewandte chemieinternational edition、energy＆environmental cience、energy torage material等期刊发表ci200余篇；申请发明82项，获授权35项；开发出锂硫电池材料基因组大数据台，获批软件著作权7项。先后入选“很好人才支持计划”（2009年）、北京市很好人才培养资助计划（2010年）、北京市科技新星计划（2010年）、北京高等学校很好青年科学家计划（2018年）、前沿杰出青年学者（2018年）、英国皇家化学学会会士（2020年）。作为主要完成.人，荣获技术发明奖1项、部级科学技术奖3项。
    2006年至今，围绕多电子高比能锂硫二次电池及关键材料开展了从创新、材料突破到器件构筑的系统研究工作。基于多电子理论研制了高载硫高导电多维稳定复合电极，设计了轻质功能修饰隔膜／夹层，发明了高安全功能复合电解质材料，并构筑了3d纳米阵列修饰改锂负极，研制出能量密度从300 wh／kg到600 wh／kg不同规格和能特征的锂硫电池样品，通过模组优化设计先后在高容量通信装备、无人机、机器人、新能源车辆等方面开展了应用。

【目录】

目录 Contents 

丛书序 

前言 

第1章 锂硫电池概述 1 

1.1 电池起源及发展 2 

1.1.1 电池的起源 2 

1.1.2 电池的发展 4 

1.2 多电子反应理论基础 7 

1.3 锂、硫元素 10 

1.3.1 锂元素 10 

1.3.2 硫元素 16 

1.4 锂硫电池简介 20 

1.4.1 发展历史 21 

1.4.2 工作原理 23 

1.4.3 锂硫电池存在的问题 25 

1.4.4 锂硫电池的研究现状 27 

1.5 本书的主要内容 28 

参考文献 28 

第2章 锂硫电池正极材料 33 

2.1 硫正极材料的特性及存在的问题 34 

2.2 正极活性物质 35 

2.2.1 单质硫 35 

2.2.2 Li2S 36 

2.2.3 有机硫 41 

2.2.4 S2～4 46 

2.2.5 液态硫 48 

2.3 基体材料 50 

2.3.1 碳材料 51 

2.3.2 聚合物材料 65 

2.3.3 金属化合物 69 

2.3.4 复合材料 75 

2.3.5 基体材料的催化作用 84 

2.3.6 小结 88 

2.4 黏结剂 89 

2.4.1 强柔韧性黏结剂 89 

2.4.2 导电/导离子黏结剂 90 

2.4.3 氧化还原活性黏结剂 90 

2.4.4 安全性黏结剂 91 

2.4.5 小结 92 

2.5 总结与展望 92 

参考文献 93 

第3章 锂硫电池负极材料 99 

3.1 锂金属负极的优势及缺点 100 

3.1.1 锂金属负极的优势 100 

3.1.2 锂金属负极的缺点 100 

3.2 锂金属负极的优化及改性 104 

3.2.1 负极-电解质原位界面改性 104 

3.2.2 人工SEI 膜 111 

3.2.3 锂金属负极结构设计 118 

3.3 非锂金属负极 125 

3.3.1 碳基负极 125 

3.3.2 硅基负极 126 

3.3.3 锡基负极 129 

3.3.4 锗基负极 130 

3.3.5 铝基负极 131 

3.3.6 金属氧化物负极 131 

3.4 总结与展望 132 

参考文献 133 

第4章 锂硫电池电解质材料 139 

4.1 液体电解质 141 

4.1.1 溶剂 142 

4.1.2 电解质锂盐 149 

4.1.3 功能添加剂 152 

4.2 固体电解质 155 

4.2.1 聚合物电解质 156 

4.2.2 无机物基电解质 164 

4.3 总结与展望 172 

参考文献 173 

第5章 改性隔膜及功能夹层 179 

5.1 碳材料改性隔膜及功能夹层 180 

5.1.1 多孔碳 180 

5.1.2 碳纳米管 184 

5.1.3 石墨烯 187 

5.2 聚合物改性隔膜及功能夹层 190 

5.3 金属化合物改性隔膜及功能夹层 194 

5.3.1 金属氧化物 195 

5.3.2 金属硫化物 196 

5.3.3 金属氮化物 199 

5.3.4 金属有机骨架材料 199 

5.3.5 其他金属化合物 201 

5.4 总结与展望 203 

参考文献 203 

第6章 锂硫电池理论计算与表征方法 207 

6.1 理论计算 208 

6.1.1 理论计算简介 208 

6.1.2 锂硫电池中的理论计算 211 

6.2 原位表征 217 

6.2.1 表征方法简介 217 

6.2.2 锂硫电池中的常用表征方法 217 

6.3 总结与展望 233 

6.3.1 锂硫电池体系中理论计算的进展与展望 233 

6.3.2 各种表征方法的优缺点以及未来工作的展望 234 

参考文献 236 

第7章 锂硫电池工程化应用及展望 241 

7.1 锂硫电池工程化关键参数 242 

7.1.1 正极硫含量和硫面载量 242 

7.1.2 液硫比 243 

7.1.3 负极锂箔的厚度 244 

7.1.4 硫的实际比容量 244 

7.1.5 其他参数 244 

7.2 锂硫电池工程化制造工艺探索 245 

7.2.1 高比容量硫正极的制备 246 

7.2.2 功能电解质的制备 251 

7.2.3 新型负极工艺探索 255 

7.2.4 电池管理系统设计 260 

7.3 锂硫电池工程化研究现状与软包电池技术进展 262 

7.3.1 国外锂硫电池研究进展 263 

7.3.2 国内锂硫电池研究进展 264 

7.4 锂硫电池工程化应用与前景分析 266 

参考文献 267 

附录 锂硫电池的相关术语 271