先进电池功能电解质材料

新型高比能二次电池是新能源技术研究领域的重要方向，功能电解质材料是优选新体系电池中的重要组成部分。本书系统阐述了基于多电子反应理论的各类新型二次电池的关键技术及研究方向，重点介绍了锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池、锂空气电池、多价阳离子电池等二次电池体系中功能电解质材料的研究进展，论述了电解质材料创新工作中的模拟计算研究，从理论、技术、应用等方面对各类新型二次电池功能电解质材料的未来发展进行了分析和展望。

目录
Contents
丛书序
前言
第1章 基于多电子反应机制的电池新体系概述 1
1.1 多电子反应的理论基础 3
1.2 单价阳离子的多电子反应 6
1.2.1 插层反应 6
1.2.2 相转变反应 10
1.2.3 可逆有机反应 15
1.2.4 合金化反应 18
1.2.5 转化反应 25
1.2.6 合金化转化反应 28
1.3 多价阳离子的多电子反应 31
1.4 金属-空气电池中的多电子反应 40
1.5 锂硫电池中的多电子反应 45
1.6 总结和展望 47
参考文献 48
第2章 电解质材料的基本物性和合成方法 59
2.1 电解质材料的基本物性 60
2.1.1 离子电导率 60
2.1.2 离子迁移数 61
2.1.3 电化学窗口 62
2.1.4 Li+的溶剂化作用 62
2.2 电解质组分及类别 64
2.2.1 电解质概述 64
2.2.2 溶剂 64
2.2.3 锂盐 67
2.2.4 添加剂 70
2.2.5 人工界面 73
2.3 离子液体电解质 75
2.3.1 咪唑类离子液体 76
2.3.2 吡咯类离子液体 77
2.3.3 其他离子液体 78
2.3.4离子液体电解质的发展前景 80
2.4 聚合物电解质 81
2.4.1固体聚合物电解质 81
2.4.2 凝胶聚合物电解质 85
2.5 准离子液体电解质 86
2.5.1 碳酸酯-锂盐体系 86
2.5.2 醚-锂盐体系 87
2.5.3 聚合物-锂盐体系 88
2.5.4 其他溶剂-锂盐体系 90
2.6 固态化复合电解质 90
2.6.1 聚合物复合电解质 90
2.6.2 离子凝胶复合电解质 91
2.7 电解质的表征 95
2.7.1 形貌与结构分析 95
2.7.2 热稳定性分析 97
2.7.3 化学组成分析 98
2.7.4 电化学性能分析 99
参考文献 99
第3章 锂离子电池电解质 107
3.1 锂离子电池概述 109
3.1.1 锂离子电池的工作原理及发展 109
3.1.2 锂离子电池电解质概述 114
3.2 有机液体电解质 118
3.2.1 有机溶剂 118
3.2.2 锂盐 119
3.2.3 添加剂 120
3.2.4 与电极材料的相容性 121
3.2.5 在锂离子电池中的应用现状与发展 123
3.3 固体电解质 123
3.3.1 无机固体电解质 123
3.3.2 固体聚合物电解质 133
3.3.3 复合固体电解质 133
3.4 离子液体电解质 148
3.4.1 离子液体的组成和种类 148
3.4.2 离子液体的特性 149
3.4.3 在锂离子电池中的应用现状及发展 150
3.5 水系电解质 159
3.5.1 水系可充电锂电池的电极 160
3.5.2 水系液体电解质 161
3.5.3 水系可充电锂电池面临的挑战及解决方案 162
3.5.4 水系可充电锂电池电解质的分类及研究现状 164
参考文献 165
第4章 锂硫电池电解质 175
4.1 锂硫电池概述 176
4.2 液体电解质 178
4.2.1 醚基电解质 178
4.2.2 新型溶剂电解质 188
4.2.3 锂负极成膜电解质 191
4.3 固体电解质 193
4.3.1 固体聚合物电解质 193
4.3.2 无机固体电解质 195
4.4 复合电解质 198
4.4.1 凝胶聚合物电解质 199
4.4.2 无机有机复合电解质 201
4.5 总结和展望 203
参考文献 204
第5章 钠离子电池电解质 211
5.1 钠离子电池概述 212
5.2 钠离子电池电解质概述及其特性 215
5.2.1 化学-电化学稳定性 215
5.2.2 热稳定性 218
5.2.3 离子传输性能 220
5.2.4 其他性能 222
5.3 钠离子电池电解质优选研究方法 222
5.3.1 电极和集流体间界面表征研究方法 223
5.3.2 钠离子电池电解质表征方法 223
5.3.3 SEI膜表征方法 226
5.4 钠盐 227
5.5 钠离子电池电解质及其性能 230
5.5.1 基于酯和醚的有机液体电解质 230
5.5.2 离子液体电解质 236
5.5.3 水系电解质 241
5.5.4 固体电解质 244
5.5.5 混合电解质 256
5.6 相界面的研究进展 259
5.6.1 界面和钝化层的基本属性 261
5.6.2 不同电解质材料的SEI膜 263
5.6.3 人工SEI膜 267
5.7 钠离子电池电解质的商业进展 270
5.8 总结和展望 273
参考文献 274
第6章 锂-空气电池电解质 281
6.1锂-空气电池电解质的发展历史及其机理 282
6.2 非水液体电解质 288
6.2.1 溶剂 289
6.2.2 锂盐 292
6.2.3 添加剂 294
6.3 离子液体电解质 304
6.3.1 室温离子液体电解质 305
6.3.2基于离子液体的混合液体电解质 307
6.3.3 溶剂化离子液体电解质 307
6.4 固体电解质 309
6.4.1 固体聚合物电解质 310
6.4.2 无机固体电解质 313
6.4.3 复合固体电解质 320
6.4.4 固-液复合电解质 322
6.5 水系电解质 327
6.5.1 Li+传导膜 327
6.5.2 酸性和碱性电解质 328
6.6 总结和展望 330
参考文献 331
第7章 多价阳离子电池电解质 341
7.1 铝离子电池电解质 342
7.1.1 电解质概述 342
7.1.2 电解质分类 343
7.1.3 总结和展望 358
7.2 镁离子电池电解质 359
7.2.1 有机电解质 359
7.2.2 含硼电解质 364
7.2.3 凝胶聚合物电解质 367
7.2.4 离子液体电解质 370
7.2.5 总结和展望 372
参考文献 372
第8章 电解质材料理论计算 377
8.1 理论计算方法 378
8.1.1 分子模拟 378
8.1.2 半经验方法 378
8.1.3 第一性原理计算 379
8.1.4 从头计算法 379
8.1.5 密度泛函理论 380
8.1.6 分子动力学模拟 381
8.2 典型案例 381
8.2.1 QC计算和MD模拟探索新电解质体系 381
8.2.2 DFT计算研究人工SEI膜 383
8.2.3 AIMD研究界面相互作用 385
8.2.4 经典的MD模拟研究溶剂化结构 388
8.3 电解质材料理论计算的应用 391
8.3.1 理论计算在锂离子电池电解质中的应用 391
8.3.2 理论计算在钠离子电池电解质中的应用 400
参考文献 405