高比能固态锂电池

本书面向国家重大战略需求，瞄准固态锂电池共性关键科学问题，攻关关键材料制备、器件开发和系统集成技术，旨在解决传统锂电池痛点问题，促进固态锂电池产业化发展。重点对关键的固态电解质材料、黏结剂材料、正负极材料、界面与失效问题、安全评估等进行深入阐述，兼顾实际工程技术和制造装备中的核心技术难题，攻克了全海深高比能深海电源技术瓶颈，填补了全海深高能量密度深海电源系统技术空白，为国产深海装备提供可靠能源保障；提出原位固态化界面融合技术，突破了固态锂电池固/固界面壁垒，打通了固态锂电池从实验室基础研究到工程化应用的屏障。

高比能固态锂电池具有高比能、高安全、长使役寿命等特性，解决了传统液态锂电池的续航短、易燃、易爆等问题，是下一代理想的高性能储能电池体系。本书重点对高比能固态锂电池中的关键科学问题和核心技术难题等进行了全面而深入的剖析，涵盖了高比能固态锂电池的电解质材料、正负极材料、黏结剂、工艺和配套设备、界面问题、安全性能评估等内容，兼顾实际工程技术和制造装备等问题，努力为我国高比能固态锂电池产学研从业者提供一本非常实用的工具书。 本书适合从事高比能固态锂电池研发的相关人员进行参考，也适合作为高等院校、科研机构等相关专业师生的教学参考书。

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第1章  固态锂电池概述 001 1.1 发展固态锂电池的重要性与迫切性 002 1.2 固态锂电池工作原理与优势 003 1.3 固态锂电池分类 004 1.4 固态锂电池国内外政策 004 1.4.1  固态锂电池国内政策 004 1.4.2  固态锂电池国外政策 005 1.5 固态锂电池发展路线 005 1.5.1  国内固态锂电池发展路线 005 1.5.2  国外固态锂电池发展路线 006 1.6 固态锂电池和固态电解质的未来发展方向 008 参考文献 009 第2章  固态电解质材料 010 2.1 聚合物固态电解质关键材料 011 2.1.1  聚合物固态电解质基体材料 011 2.1.2  聚合物固态电解质制备工艺 017 2.1.3  锂盐 018 2.2 无机固态电解质关键材料 023 2.2.1  石榴石型电解质 025 2.2.2  NASICON型电解质 025 2.2.3  硫化物电解质 026 2.2.4  卤化物电解质 027 2.3 有机/无机复合固态电解质 032 2.3.1  有机/无机复合固态电解质类型 032 2.3.2  有机/无机复合固态电解质制备技术 037 2.4 硫化物电解质/固态电池专利分析 038 2.4.1  全球专利申请趋势 038 2.4.2  全球专利技术分布状况 040 2.4.3  全球竞争区域与竞争主体 041 2.5 聚合物固态电解质专利态势分析 043 2.5.1  聚合物固态电解质专利申请态势 043 2.5.2  聚合物固态电解质专利技术分布 044 2.5.3  聚合物固态电解质专利地域分布 045 2.5.4  聚合物固态电解质专利重点技术 047 2.6 本章结语 050 参考文献 051 第3章  固态锂电池正极材料 058 3.1 固态锂电池正极材料 059 3.1.1  正交橄榄石结构正极材料 064 3.1.2  层状结构正极材料 064 3.1.3  立方尖晶石结构正极材料 071 3.1.4  其它类型正极材料 073 3.2 固态锂电池正极材料修饰改性技术 075 3.2.1  正极材料修饰改性技术概述 075 3.2.2  正交橄榄石结构正极材料修饰改性技术 078 3.2.3  层状结构正极材料修饰改性技术 079 3.2.4  立方尖晶石结构正极材料修饰改性技术 082 3.2.5  其它正极材料修饰改性技术 085 3.3 本章结语 087 参考文献 087 第4章  固态锂电池负极材料 093 4.1 锂金属负极材料 096 4.1.1  锂金属负极特点及发展历程 096 4.1.2  锂金属的改性策略 102 4.2 嵌入型负极材料 106 4.2.1  石墨负极 106 4.2.2  钛酸锂负极 108 4.3 合金型负极材料 110 4.3.1  合金型负极材料特点及发展历程 110 4.3.2  合金型负极在固态电池负极领域的应用 112 4.4 本章结语 125 参考文献 126 第5章  固态锂电池用黏结剂 131 5.1 正极黏结剂 135 5.1.1  非原位制备工艺构建的固态锂电池正极黏结剂 135 5.1.2  原位固态化策略增强的聚合物锂电池正极黏结剂 138 5.2 负极黏结剂 142 5.2.1  非原位制备工艺构建的固态锂电池硅负极黏结剂 143 5.2.2  原位固态化策略增强的聚合物锂电池硅负极黏结剂 145 5.3 无机固态电解质膜黏结剂 153 5.3.1  氧化物固态电解质膜黏结剂 154 5.3.2  硫化物固态电解质膜黏结剂 154 5.3.3  卤化物固态电解质膜黏结剂 155 5.4 锂电池电极黏结剂专利分析 156 5.4.1  锂电池电极黏结剂产业现状 156 5.4.2  固态锂电池电极黏结剂专利态势分析 158 5.5 本章结语 163 参考文献 164 第6章  固态锂电池电芯制备相关工艺和配套设备 168 6.1 干法成型技术 172 6.1.1  基于聚四氟乙烯（PTFE）成纤化的干法成型技术 172 6.1.2  基于挤出或热压的干法成型技术 174 6.1.3  干法喷涂成型技术 178 6.2 固态锂电池制备工艺 182 6.2.1  电极极片制造工艺 184 6.2.2  固态电解质膜制造工艺 186 6.2.3  固态锂电池组装工艺 187 6.3 固态锂电池制备所用配套设备 192 6.3.1  匀浆系统-双螺杆挤出机 193 6.3.2  成膜系统-热压成膜复合设备 195 6.3.3  原位聚合-压力化成设备 196 6.3.4  预锂化-补锂设备 198 6.4 固态双极电池 201 6.4.1  双极电池集流体 202 6.4.2  薄且强韧的固态电解质 203 6.5 压力对循环稳定性的影响 207 6.5.1  压力对硫化物固态电解质的影响 209 6.5.2  压力对氧化物固态电解质的影响 210 6.5.3  压力对聚合物固态电解质的影响 211 6.5.4  压力对负极材料的影响 212 6.5.5  压力对正极材料的影响 213 6.6 本章结语 214 参考文献 215 第7章  固态锂电池界面问题 220 7.1 固态锂电池界面研究概述 221 7.2 固态锂电池界面类型 222 7.3 固态锂电池的界面问题和界面优化策略 223 7.3.1  正极材料的晶界和相界 223 7.3.2  固态电解质的晶界和相界 226 7.3.3  固态电解质/正极界面 228 7.3.4  固态电解质/负极界面 239 7.3.5  正极和负极界面串扰的失效机制 244 7.4 多尺度多物理场的界面表征技术 248 7.4.1  原位显微技术 249 7.4.2  原位X射线和中子技术 251 7.4.3  原位波谱技术 259 7.4.4  原位压力监测技术 261 7.4.5  其它新型原位表征技术 262 7.5 本章结语 262 参考文献 263 第8章  固态锂电池理论模拟与机器学习 271 8.1 电极材料理论计算 272 8.1.1  电极材料概述 272 8.1.2  电极材料计算方法 273 8.1.3  正极材料理论计算 276 8.2 固态电解质理论计算与模拟 280 8.2.1  离子传输机制理论模拟 281 8.2.2  相稳定性理论模拟 286 8.2.3  电化学稳定性理论模拟 287 8.2.4  力学性能理论模拟 291 8.2.5  利用理论计算设计新型固态电解质 292 8.2.6  高通量计算筛选新型固态电解质 294 8.3 理论模拟在电极/电解质界面的应用 298 8.3.1  固/固接触问题理论模拟 299 8.3.2  空间电荷层理论模拟 301 8.3.3  化学和电化学稳定性理论模拟 302 8.3.4  锂枝晶理论模拟 305 8.3.5  界面缓冲层理论模拟 308 8.4 固态锂电池的多物理场研究 310 8.4.1  多物理场概述 310 8.4.2  锂电池的电化学-热-力耦合模型 312 8.4.3  固态锂电池中多物理场模型的应用 314 8.5 机器学习及相关技术 317 8.5.1  机器学习 317 8.5.2  数据库 325 8.6 本章结语 326 参考文献 327 第9章  固态锂电池器件安全性能评估 340 9.1 固态电解质稳定性 342 9.1.1  化学稳定性 342 9.1.2  电化学稳定性 343 9.1.3  机械稳定性 343 9.1.4  热稳定性 345 9.2 电解质及电极材料界面稳定性 347 9.2.1  电解质及电极材料界面化学稳定性 347 9.2.2  电解质及电极材料界面力学性能 348 9.2.3  电解质及电极材料界面热稳定性 349 9.3 固态电池热安全性测试方法 349 9.3.1  电池层级热安全性测试方法 349 9.3.2  材料层级热安全性测试方法 350 9.4 固态电池热失控特点及改善策略 352 9.4.1  氧化物固态电池热失控特点及改善策略 353 9.4.2  硫化物固态电池热失控特点及改善策略 360 9.4.3  聚合物固态电池热失控特点及改善策略 368 9.5 固态电池热失控模拟分析方法 373 9.6 固态电池安全评价的其它方法 375 9.6.1  热失控成像技术 375 9.6.2  电池传感器检测技术 377 9.7 本章结语 379 参考文献 379 第10章  固态锂电池应用现状及未来发展面临的挑战与对策 383 10.1 固态锂电池应用现状 384 10.1.1  固态动力电池 386 10.1.2  固态储能电池 388 10.1.3  固态电源系统深海特种应用 388 10.2 全固态锂电池发展面临的挑战与对策 390 参考文献 393