新型電池材料與技術(shù)

1鋰離子電池001
1.1鋰離子電池反應(yīng)機(jī)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(fù)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(jié)劑材料007
1.2.6鋰離子電池導(dǎo)電劑材料007
1.3鋰離子電池正極研究進(jìn)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(jìn)展016
1.4.1有機(jī)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(zhì)019
1.4.5固態(tài)電解質(zhì)021
1.4.6電解液的應(yīng)用需求和設(shè)計(jì)原則024
1.5鋰離子電池負(fù)極研究進(jìn)展024
1.5.1嵌入型材料024
1.5.2合金型材料025
1.5.3轉(zhuǎn)換型材料027
1.6鋰離子電池隔膜研究進(jìn)展028
1.6.1聚合物隔膜028
1.6.2無機(jī)陶瓷隔膜029
1.6.3聚合物復(fù)合隔膜032
1.7鋰離子電池黏結(jié)劑研究進(jìn)展033
1.7.1油性黏結(jié)劑033
1.7.2水性黏結(jié)劑034
1.8鋰離子電池導(dǎo)電劑研究進(jìn)展035
1.9總結(jié)與展望036
習(xí)題038
參考文獻(xiàn)038

2凝膠聚合物電解質(zhì)及其復(fù)合體系在鋰電池中的應(yīng)用049
2.1凝膠聚合物電解質(zhì)概述049
2.1.1凝膠聚合物電解質(zhì)的特性與發(fā)展歷史049
2.1.2凝膠聚合物電解質(zhì)的分類050
2.2聚合物電解質(zhì)基本要求與表征051
2.2.1離子電導(dǎo)率051
2.2.2鋰離子遷移數(shù)051
2.2.3電化學(xué)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(zhì)及其復(fù)合體系分類053
2.3.1聚氧化乙烯（PEO）基凝膠電解質(zhì)053
2.3.2含有氰基的凝膠電解質(zhì)（GPE）061
2.3.3聚丙烯酸酯基凝膠電解質(zhì)062
2.3.4含氟凝膠電解質(zhì)068
2.3.5其它類型凝膠電解質(zhì)071
2.4總結(jié)與展望072
習(xí)題073
參考文獻(xiàn)073

3應(yīng)用于固態(tài)鋰電池的無機(jī)固體電解質(zhì)078
3.1固體電解質(zhì)的分類078
3.2氧化物電解質(zhì)079
3.2.1鈣鈦礦型電解質(zhì)079
3.2.2NASICON型電解質(zhì)080
3.2.3石榴石型電解質(zhì)081
3.3硫化物基鋰離子導(dǎo)體083
3.3.1Thio-LiSICONs083
3.3.2LGPS基電解質(zhì)084
3.3.3硫銀鍺型085
3.4新型硫代磷酸酯導(dǎo)體085
3.5鹵化物電解質(zhì)086
3.5.1Li3InCl6086
3.5.2反鈣鈦礦型電解質(zhì)087
3.6總結(jié)與展望088
習(xí)題088
參考文獻(xiàn)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(fù)極097
4.1.3電解質(zhì)098
4.2充放電反應(yīng)機(jī)理100
4.2.1放電100
4.2.2充電103
4.3原位表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）研究鋰-空氣電池反應(yīng)原理104
4.3.1原位SERS簡(jiǎn)介104
4.3.2放電反應(yīng)路徑105
4.3.3充放電的反應(yīng)位點(diǎn)106
4.4鋰-空氣電池的進(jìn)展和挑戰(zhàn)107
4.4.1正極107
4.4.2負(fù)極108
4.4.3電解液108
4.5總結(jié)與展望109
習(xí)題110
參考文獻(xiàn)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(fù)合正極材料120
5.4.1基于微/介孔碳的復(fù)合材料120
5.4.2復(fù)合材料的合成方法121
5.4.3無黏結(jié)劑復(fù)合電極121
5.4.4硫-高分子雜化材料122
5.5電解質(zhì)材料的選擇123
5.5.1液態(tài)電解質(zhì)123
5.5.2固態(tài)電解質(zhì)123
5.6不同鋰硫電池結(jié)構(gòu)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(jié)與展望125
習(xí)題126
參考文獻(xiàn)126

6鈉離子電池131
6.1鈉離子電池反應(yīng)機(jī)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(fù)極材料134
6.3鈉離子電池正極研究進(jìn)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(lán)及類普魯士藍(lán)結(jié)構(gòu)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(jìn)展142
6.4.1有機(jī)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(zhì)145
6.4.5凝膠型聚合物電解質(zhì)148
6.4.6電解液目前的需求及相應(yīng)設(shè)計(jì)149
6.5鈉離子電池負(fù)極研究進(jìn)展149
6.5.1嵌入型材料149
6.5.2轉(zhuǎn)換型材料151
6.5.3合金型材料156
6.5.4鈉離子材料的設(shè)計(jì)及改性160
6.6總結(jié)與展望160
習(xí)題161
參考文獻(xiàn)161

7鈉硫電池168
7.1鈉硫電池基本構(gòu)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(jìn)展172
7.4總結(jié)與展望186
習(xí)題187
參考文獻(xiàn)187

8鋅-空氣電池193
8.1化學(xué)原理194
8.2鋅電極196
8.2.1反應(yīng)機(jī)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(zhì)201
8.6.1水系電解質(zhì)201
8.6.2固態(tài)電解質(zhì)201
8.6.3離子液體電解質(zhì)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(xí)題213
參考文獻(xiàn)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(yīng)用219
9.2鋁-空氣電池陽極220
9.2.1鋁陽極的研究進(jìn)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(zhì)230
9.5鋁-空氣電池存在的問題及展望231
習(xí)題232
參考文獻(xiàn)232

10質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑的設(shè)計(jì)與調(diào)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(diǎn)和優(yōu)勢(shì)236
10.1.4燃料電池主要類型237
10.2質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理和結(jié)構(gòu)238
10.3質(zhì)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(zhì)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(jié)與展望251
習(xí)題252
參考文獻(xiàn)252

11太陽電池257
11.1硅太陽電池258
11.1.1硅太陽電池結(jié)構(gòu)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(yīng)用261
11.1.5總結(jié)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(jié)構(gòu)及特點(diǎn)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(jié)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(diǎn)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(jié)與展望266
11.4有機(jī)太陽電池267
11.4.1有機(jī)太陽電池結(jié)構(gòu)及工作原理268
11.4.2有機(jī)太陽電池優(yōu)勢(shì)與存在的問題269
11.4.3總結(jié)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(jié)構(gòu)及工作原理270
11.5.2染料敏化太陽電池研究重點(diǎn)271
11.5.3染料敏化太陽電池存在的問題272
11.5.4總結(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)與展望276
習(xí)題276
參考文獻(xiàn)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(diǎn)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(yīng)機(jī)理293
12.2.1正極的反應(yīng)機(jī)理293
12.2.2負(fù)極的反應(yīng)機(jī)理298
12.3陰離子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的改進(jìn)305
12.3.1正極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改性305
12.3.2新型正極材料311
12.4陽離子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的改進(jìn)313
12.4.1負(fù)極材料的插層313
12.4.2合金化負(fù)極材料316
12.4.3新型負(fù)極材料317
12.5總結(jié)與展望319
習(xí)題320
參考文獻(xiàn)320

13纖維狀電池332
13.1纖維狀電池的設(shè)計(jì)原理333
13.1.1電極334
13.1.2電解質(zhì)336
13.1.3器件構(gòu)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(chǔ)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(yīng)用的技術(shù)問題360
13.5.1細(xì)長(zhǎng)的纖維狀結(jié)構(gòu)引起的高內(nèi)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(jī)械強(qiáng)度低362
13.5.7難以實(shí)現(xiàn)紗線質(zhì)感362
13.5.8缺乏評(píng)估力學(xué)性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)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(xué)性能364
13.6總結(jié)與展望365
習(xí)題365
參考文獻(xiàn)365

14可降解電池375
14.1體內(nèi)生物可降解電池376
14.1.1體內(nèi)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(yīng)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(yīng)用382
習(xí)題384
參考文獻(xiàn)384

15電池表征技術(shù)387
15.1實(shí)驗(yàn)室常用表征技術(shù)389
15.1.1晶體結(jié)構(gòu)表征390
15.1.2化學(xué)成分分析394
15.1.3微觀組織形態(tài)表征398
15.1.4元素價(jià)態(tài)分析406
15.1.5分子價(jià)鍵表征409
15.1.6熱分析技術(shù)411
15.2同步輻射實(shí)驗(yàn)技術(shù)414
15.2.1同步輻射XRD414
15.2.2對(duì)分布函數(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)（PDF）415
15.2.3同步輻射X射線譜學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)417
15.2.4同步輻射X射線成像技術(shù)420
15.2.5同步輻射原位實(shí)驗(yàn)方法與裝置422
15.3中子實(shí)驗(yàn)技術(shù)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(xí)題429
參考文獻(xiàn)429