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新型电池材料与技术

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作者马建民 主编

出版社化学工业出版社

ISBN9787122404770

出版时间2022-08

装帧平装

开本16开

定价128元

货号5BDA9DB6729B420BB95

上书时间2024-12-12

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品相描述:全新
商品描述
前言

能源、环境、健康、信息是当前全球产业发展、科学研究的四大重点领域,涵盖了人们生活的方方面面,与人类生活息息相关。尤其是新能源技术,使人们生活方式更加便捷,出行更加环保,生活环境更加美好,这一切与电池技术的发展是分不开的。由于锂离子电池极大地改变了人们的生活,2019年瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖颁给了美国得州大学的John B.Goodenough教授、美国宾厄姆顿大学的M.Stanley Whittingham教授和旭化成公司的吉野彰先生,以表彰他们对锂离子电池的发展做出的贡献。

在我国政府将新材料、新能源、新能源汽车作为战略性产业的背景下,我国电池产业面临巨大的发展机遇,与此同时也面临着严峻挑战。国家科技部及各省区也有规划科技项目,促进新能源产业与技术的发展,这些将推动电池产业的持续、健康和快速发展,为国民经济、社会、国防现代化全面发展提供重要支撑。近年来,也批准很多高校开设新能源与器件本科专业,这将为未来电池产业的发展培养高层次专业人才。在这个背景下,我们决定编写一本新型电池材料与技术方面的书,供产业、学术、教育界相关人士使用。

电池就像魔方一样,多种多样。本书较全面系统地阐述了多种新型电池的技术、材料与发展趋势,包括锂离子电池(包含凝胶电解质与固态电解质等)、锂-空气电池、锂硫电池、钠离子电池、钠硫电池、燃料电池、锌-空气电池、铝-空气电池、太阳电池、双离子电池、纤维状电池及可降解电池等。同时,本书对电池表征技术进行专门介绍。本书适用于电池领域相关科技工作者,以及高等院校相关专业高年级本科生、研究生及教师。

本书由电子科技大学马建民教授担任主编。具体章节编写人员分工如下:第1章由浙江工业大学夏阳教授和中国科学院过程工程研究所陈仕谋教授编写;第2章由清华大学贺艳兵教授编写;第3章由青岛大学郭向欣教授、陈昕、毕志杰和中国科学院物理研究所胡勇胜教授等编写;第4章由中国科学院长春应用化学研究所彭章泉教授、郭丽敏教授和南京工业大学陈宇辉教授编写;第5章由郑州大学付永柱教授和郭玮教授编写;第6章由中南大学葛鹏、侯红帅教授和纪效波教授编写;第7章由华南理工大学徐建铁教授、范庆华教授、肖峰博士以及刘胜红、张加奎、蒙莹、胡彤等编写;第8章由天津大学韩晓鹏教授编写;第9章由上海交通大学付超鹏教授和电子科技大学马建民教授编写;第10章由加拿大国立科学院的能源、材料、通讯研究所孙书会教授和张改霞教授以及哈尔滨工业大学杜磊教授编写;第11章由中南大学阳军亮教授及王春花、黄可卿等编写;第12章由中国科学院深圳先进技术研究院唐永炳教授编写;第13章由香港城市大学支春义教授编写;第14章由澳大利亚伍伦贡大学王彩云教授及余长春、贾晓腾、赵晨等编写;第15章由中国科学院物理研究所禹习谦教授编写。

由于本书涉及内容广泛,加之时间和水平有限,若有疏漏和不妥之处,诚请广大读者朋友批评指正!

编者

 

 



 
 
 
 

商品简介

《新型电池材料与技术》较全面系统阐述了多种新型电池的技术、材料与发展趋势,包括锂离子电池(含凝胶电解质与固态电解质等)、锂-空气电池、锂硫电池、钠离子电池、钠硫电池、燃料电池、锌-空气电池、铝-空气电池、太阳电池、双离子电池、纤维状电池及可降解电池等。同时,本书对电池表征技术进行专门介绍。全书内容前沿、知识丰富、浅显易懂。本书适合电池领域相关科技工作者,以及高等院校相关专业高年级本科生、研究生及教师阅读参考。



作者简介

  
 
   无  
 


目录

  
 
   1锂离子电池001 

 1.1锂离子电池反应机理001 

 1.2锂离子电池组成002 

 1.2.1锂离子电池正极材料003 

 1.2.2锂离子电池电解液004 

 1.2.3锂离子电池负极材料005 

 1.2.4锂离子电池隔膜材料006 

 1.2.5锂离子电池黏结剂材料007 

 1.2.6锂离子电池导电剂材料007 

 1.3锂离子电池正极研究进展008 

 1.3.1层状型化合物008 

 1.3.2尖晶石型化合物009 

 1.3.3聚阴离子型化合物010 

 1.3.4正极材料所存在的问题以及改性研究011 

 1.4锂离子电池电解液研究进展016 

 1.4.1有机系电解液016 

 1.4.2离子液体电解液017 

 1.4.3水系电解液018 

 1.4.4凝胶型聚合物电解质019 

 1.4.5固态电解质021 

 1.4.6电解液的应用需求和设计原则024 

 1.5锂离子电池负极研究进展024 

 1.5.1嵌入型材料024 

 1.5.2合金型材料025 

 1.5.3转换型材料027 

 1.6锂离子电池隔膜研究进展028 

 1.6.1聚合物隔膜028 

 1.6.2无机陶瓷隔膜029 

 1.6.3聚合物复合隔膜032 

 1.7锂离子电池黏结剂研究进展033 

 1.7.1油性黏结剂033 

 1.7.2水性黏结剂034 

 1.8锂离子电池导电剂研究进展035 

 1.9总结与展望036 

 习题038 

 参考文献038 

 2凝胶聚合物电解质及其复合体系在锂电池中的应用049 

 2.1凝胶聚合物电解质概述049 

 2.1.1凝胶聚合物电解质的特性与发展历史049 

 2.1.2凝胶聚合物电解质的分类050 

 2.2聚合物电解质基本要求与表征051 

 2.2.1离子电导率051 

 2.2.2锂离子迁移数051 

 2.2.3电化学窗口051 

 2.2.4热稳定性052 

 2.2.5孔隙率052 

 2.2.6吸液率052 

 2.3凝胶聚合物电解质及其复合体系分类053 

 2.3.1聚氧化乙烯(PEO)基凝胶电解质053 

 2.3.2含有氰基的凝胶电解质(GPE)061 

 2.3.3聚丙烯酸酯基凝胶电解质062 

 2.3.4含氟凝胶电解质068 

 2.3.5其它类型凝胶电解质071 

 2.4总结与展望072 

 习题073 

 参考文献073 

 3应用于固态锂电池的无机固体电解质078 

 3.1固体电解质的分类078 

 3.2氧化物电解质079 

 3.2.1钙钛矿型电解质079 

 3.2.2NASICON型电解质080 

 3.2.3石榴石型电解质081 

 3.3硫化物基锂离子导体083 

 3.3.1Thio-LiSICONs083 

 3.3.2LGPS基电解质084 

 3.3.3硫银锗型085 

 3.4新型硫代磷酸酯导体085 

 3.5卤化物电解质086 

 3.5.1Li3InCl6086 

 3.5.2反钙钛矿型电解质087 

 3.6总结与展望088 

 习题088 

 参考文献088 

 4锂-空气电池096 

 4.1锂-空气电池的组成096 

 4.1.1正极096 

 4.1.2负极097 

 4.1.3电解质098 

 4.2充放电反应机理100 

 4.2.1放电100 

 4.2.2充电103 

 4.3原位表面增强拉曼光谱(SERS)研究锂-空气电池反应原理104 

 4.3.1原位SERS简介104 

 4.3.2放电反应路径105 

 4.3.3充放电的反应位点106 

 4.4锂-空气电池的进展和挑战107 

 4.4.1正极107 

 4.4.2负极108 

 4.4.3电解液108 

 4.5总结与展望109 

 习题110 

 参考文献111 

 5可充放锂硫电池114 

 5.1锂硫电池基本原理115 

 5.2锂硫电池研究历史117 

 5.3锂硫电池面临的主要问题118 

 5.4硫-碳复合正极材料120 

 5.4.1基于微/介孔碳的复合材料120 

 5.4.2复合材料的合成方法121 

 5.4.3无黏结剂复合电极121 

 5.4.4硫-高分子杂化材料122 

 5.5电解质材料的选择123 

 5.5.1液态电解质123 

 5.5.2固态电解质123 

 5.6不同锂硫电池结构124 

 5.6.1碳中间层124 

 5.6.2锂/溶解多硫化物电池124 

 5.7总结与展望125 

 习题126 

 参考文献126 

 6钠离子电池131 

 6.1钠离子电池反应机理132 

 6.2钠离子电池组成132 

 6.2.1钠离子电池正极材料133 

 6.2.2钠离子电池电解液133 

 6.2.3钠离子电池负极材料134 

 6.3钠离子电池正极研究进展135 

 6.3.1钠基过渡金属氧化物135 

 6.3.2聚阴离子化合物136 

 6.3.3普鲁士蓝及类普鲁士蓝结构137 

 6.3.4正极材料所存在的问题以及改性研究138 

 6.4钠离子电池电解液研究进展142 

 6.4.1有机系电解液143 

 6.4.2离子液体电解液144 

 6.4.3水系电解液144 

 6.4.4固体电解质145 

 6.4.5凝胶型聚合物电解质148 

 6.4.6电解液目前的需求及相应设计149 

 6.5钠离子电池负极研究进展149 

 6.5.1嵌入型材料149 

 6.5.2转换型材料151 

 6.5.3合金型材料156 

 6.5.4钠离子材料的设计及改性160 

 6.6总结与展望160 

 习题161 

 参考文献161 

 7钠硫电池168 

 7.1钠硫电池基本构造与原理169 

 7.2高温钠硫电池171 

 7.3室温钠硫电池172 

 7.3.1存在的问题和解决方案172 

 7.3.2重要研究进展172 

 7.4总结与展望186 

 习题187 

 参考文献187 

 8锌-空气电池193 

 8.1化学原理194 

 8.2锌电极196 

 8.2.1反应机理196 

 8.2.2锌电极限制性能的因素196 

 8.3氧电极198 

 8.4空气电极199 

 8.5隔膜200 

 8.6电解质201 

 8.6.1水系电解质201 

 8.6.2固态电解质201 

 8.6.3离子液体电解质202 

 8.7锌-空电池催化剂202 

 8.7.1OER催化剂202 

 8.7.2双功能催化剂205 

 8.8锌-空气电池性能与限制因素212 

 习题213 

 参考文献213 

 9铝-空气电池218 

 9.1铝-空气电池概述218 

 9.1.1铝资源218 

 9.1.2铝-空气电池工作原理219 

 9.1.3铝-空气电池应用219 

 9.2铝-空气电池阳极220 

 9.2.1铝阳极的研究进展220 

 9.2.2铝阳极的制备222 

 9.3铝-空气电池阴极223 

 9.3.1氧气还原催化剂223 

 9.3.2空气电极的制备228 

 9.4铝-空气电池电解液229 

 9.4.1缓蚀剂229 

 9.4.2固态电解质230 

 9.5铝-空气电池存在的问题及展望231 

 习题232 

 参考文献232 

 10质子交换膜燃料电池阴极催化剂的设计与调控235 

 10.1燃料电池概述235 

 10.1.1燃料电池历史235 

 10.1.2燃料电池基本工作原理236 

 10.1.3燃料电池的特点和优势236 

 10.1.4燃料电池主要类型237 

 10.2质子交换膜燃料电池的工作原理和结构238 

 10.3质子交换膜燃料电池贵金属催化剂240 

 10.3.1贵金属催化剂的活性240 

 10.3.2贵金属催化剂的稳定性242 

 10.4质子交换膜燃料电池非贵金属催化剂244 

 10.4.1典型的非贵金属催化剂244 

 10.4.2非贵金属催化剂稳定性研究249 

 10.5总结与展望251 

 习题252 

 参考文献252 

 11太阳电池257 

 11.1硅太阳电池258 

 11.1.1硅太阳电池结构及工作原理259 

 11.1.2晶硅太阳电池259 

 11.1.3薄膜硅太阳电池260 

 11.1.4硅太阳电池的应用261 

 11.1.5总结与展望262 

 11.2铜铟镓硒太阳电池262 

 11.2.1铜铟镓硒太阳电池结构及特点262 

 11.2.2铜铟镓硒薄膜的制备方法264 

 11.2.3铜铟镓硒太阳电池存在的问题264 

 11.2.4总结与展望264 

 11.3碲化镉太阳电池265 

 11.3.1碲化镉太阳电池特点265 

 11.3.2碲化镉薄膜制备方法266 

 11.3.3背接触层及背电极266 

 11.3.4总结与展望266 

 11.4有机太阳电池267 

 11.4.1有机太阳电池结构及工作原理268 

 11.4.2有机太阳电池优势与存在的问题269 

 11.4.3总结与展望270 

 11.5染料敏化太阳电池270 

 11.5.1染料敏化太阳电池基本结构及工作原理270 

 11.5.2染料敏化太阳电池研究重点271 

 11.5.3染料敏化太阳电池存在的问题272 

 11.5.4总结与展望273 

 11.6钙钛矿太阳电池273 

 11.6.1钙钛矿太阳电池结构及工作原理273 

 11.6.2钙钛矿太阳电池发展概况274 

 11.6.3存在的问题及解决办法275 

 11.6.4总结与展望276 

 习题276 

 参考文献276 

 12双离子电池280 

 12.1双离子电池发展280 

 12.1.1传统锂离子电池的局限和研究现状280 

 12.1.2双离子电池的工作原理及特点282 

 12.1.3双离子电池的发展历程285 

 12.1.4双离子电池电解液的发展287 

 12.2双离子电池的反应机理293 

 12.2.1正极的反应机理293 

 12.2.2负极的反应机理298 

 12.3阴离子反应动力学的改进305 

 12.3.1正极结构设计和改性305 

 12.3.2新型正极材料311 

 12.4阳离子反应动力学的改进313 

 12.4.1负极材料的插层313 

 12.4.2合金化负极材料316 

 12.4.3新型负极材料317 

 12.5总结与展望319 

 习题320 

 参考文献320 

 13纤维状电池332 

 13.1纤维状电池的设计原理333 

 13.1.1电极334 

 13.1.2电解质336 

 13.1.3器件构型336 

 13.2纤维状电池概述337 

 13.2.1纤维状锂基电池338 

 13.2.2纤维状钠基电池344 

 13.2.3纤维状锌基电池346 

 13.2.4纤维状空气电池347 

 13.2.5其它纤维状电池351 

 13.3多功能与集成化系统352 

 13.3.1防水/防火纤维状电池352 

 13.3.2自愈合与形状记忆纤维状电池353 

 13.3.3其它多功能纤维状电池354 

 13.3.4集成化系统355 

 13.4从纤维状电池到储能纺织品357 

 13.4.1纤维状电池缝在现有织物上358 

 13.4.2梭织/针织织物电池359 

 13.5未来可穿戴应用的技术问题360 

 13.5.1细长的纤维状结构引起的高内阻361 

 13.5.2制备困难361 

 13.5.3隔膜的安置困难361 

 13.5.4封装困难362 

 13.5.5厚度减小困难362 

 13.5.6机械强度低362 

 13.5.7难以实现纱线质感362 

 13.5.8缺乏评估力学性能的测试标准363 

 13.5.9安全问题363 

 13.5.10多功能化和集成化363 

 13.5.11纤维状电池的电化学性能364 

 13.6总结与展望365 

 习题365 

 参考文献365 

 14可降解电池375 

 14.1体内生物可降解电池376 

 14.1.1体内生物可降解电池的工作原理376 

 14.1.2生物可降解聚合物378 

 14.2环境可降解电池379 

 14.3可降解电池应用及前景382 

 14.3.1可降解电池的可降解性382 

 14.3.2可降解电池的应用382 

 习题384 

 参考文献384 

 15电池表征技术387 

 15.1实验室常用表征技术389 

 15.1.1晶体结构表征390 

 15.1.2化学成分分析394 

 15.1.3微观组织形态表征398 

 15.1.4元素价态分析406 

 15.1.5分子价键表征409 

 15.1.6热分析技术411 

 15.2同步辐射实验技术414 

 15.2.1同步辐射XRD414 

 15.2.2对分布函数实验技术(PDF)415 

 15.2.3同步辐射X射线谱学实验技术417 

 15.2.4同步辐射X射线成像技术420 

 15.2.5同步辐射原位实验方法与装置422 

 15.3中子实验技术424 

 15.3.1中子衍射(ND)425 

 15.3.2中子成像426 

 15.3.3中子深度剖面谱(NDP)427 

 习题429 

 参考文献429  
 


内容摘要
本书较全面系统阐述了多种新型电池的技术、材料与发展趋势,包括锂离子电池(含凝胶电解质与固态电解质等)、锂-空气电池、锂硫电池、钠离子电池、钠硫电池、燃料电池、锌-空气电池、铝-空气电池、太阳电池、双离子电池、纤维状电池及可降解电池等。同时,本书对电池表征技术进行专门介绍。全书内容前沿、知识丰富、浅显易懂。

本书适合电池领域相关科技工作者,以及高等院校相关专业高年级本科生、研究生及教师阅读参考。

主编推荐
书中涉及的新型电池中,有些在其他同类书籍中从未作过介绍,如双离子电池、纤维状电池、可降解电池等;电池表征技术新颖,如同步辐射实验技术、中子实验技术。

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