新型二次电池关键材料与技术

本书主要介绍了高比能锂离子电池正负极材料，全固态电池及其金属离子在固体电解质中的输运问题和电极 /电解质界面问题，空气电池与锂硫电池及其锂负极保护关键技术，水系高价离子电池，其他碱金属离子电池以及锂电池的回收与再利用关键技术等。体现了目前最新的各类电池材料技术基础和应用现状，并同时对各种新体系电池的关键科学问题、存在的难点、发展趋势等进行了分析。 本书适用于从事电池材料研发、生产和应用的科研人员和工程师阅读参考，也可作为新能源储能材料与器件相关专业师生的教学用书。

郑时有，上海理工大学二级教授，博士生导师。入选国家百千万人才工程，被授予\"有突出贡献中青年专家\"，享受国务院政府特殊津贴，获上海领军人才、上海市优秀学术带头人、东方学者、上海市育才奖和上海市记功奖章等。长期致力于新能源材料相关的基础与应用研究，迄今承担国家和省部级项目20多项，发表学术论文近200篇，相关成果获上海市自然科学一等奖、二等奖和广西自治区自然科学二等奖。 杨俊和，上海理工大学二级教授，博士生导师，享受国务院政府特殊津贴，全国优秀教师，上海市首批领军人才。长期从事碳基能源与环境材料教学与科研工作，发表SCI收录论文420多篇，论文总引用16000多次，获国家科技进步二等奖，上海市自然科学一、二等奖，上海市教学成果一、二等奖。

第1章　高比能锂离子电池 001 1.1　锂离子电池概述 001 1.2　正极材料 002 1.2.1　层状型钴酸锂 003 1.2.2　尖晶石型锰酸锂 005 1.2.3　聚阴离子型正极材料 006 1.2.4　三元镍钴锰正极材料 009 1.3　负极材料 012 1.3.1　碳材料 012 1.3.2　硅基合金 014 1.4　电解液 016 1.4.1　电解液溶剂 016 1.4.2　电解液添加剂 020 1.5　其他辅助材料 025 1.6　界面稳定性 027 1.6.1　SEI 028 1.6.2　CEI 030 1.7　电池减重和电池组设计 032 1.7.1　电池壳减重 033 1.7.2　集流体减重 033 1.7.3　降低隔膜厚度 034 1.7.4　电池组设计 034 1.8　小结 035 参考文献 036 第2章　锂硫电池 042 2.1　锂硫电池概述 042 2.2　锂硫电池的基本原理及发展历程 043 2.2.1　发展历程 043 2.2.2　组成及工作原理 045 2.2.3　锂硫电池存在的问题及研究现状 047 2.3　锂硫电池正极材料 050 2.3.1　正极活性物质 050 2.3.2　载体材料 053 2.4　锂硫电池负极材料 059 2.4.1　金属锂负极的应用挑战 060 2.4.2　稳定金属锂负极策略 062 2.4.3　锂金属负极未来发展展望 071 2.5　锂硫电池电解液 072 2.5.1　溶剂和盐的调控 072 2.5.2　新型电解质添加剂 073 2.5.3　LiPSs的利用 074 2.5.4　可溶性氧化还原介体 074 2.6　锂硫电池非活性材料 075 2.6.1　集流体 075 2.6.2　隔膜及功能夹层 076 2.6.3　导电添加剂 077 2.6.4　黏结剂 078 2.7　锂硫电池的实用化及展望 079 参考文献 080 第3章　锂空气电池 085 3.1　锂空气电池概述 085 3.2　锂空气电池工作原理及结构 085 3.3　锂空气电池空气正极及催化剂的研究进展 091 3.3.1　碳材料 091 3.3.2　金属及金属化合物 093 3.3.3　复合材料 094 3.3.4　锂空气电池电解液体系的研究进展 095 3.4　锂空气电池负极以及隔膜的研究进展 100 3.4.1　锂金属负极 100 3.4.2　锂合金负极 103 3.4.3　隔膜的开发与修饰 103 3.5　锂空气电池的应用及展望 104 参考文献 104 第4章　全固态电池 108 4.1　全固态电池概述 108 4.1.1　全固态电池的特点 108 4.1.2　全固态电池的关键参数 109 4.2　固体电解质 111 4.2.1　氧化物固体电解质 111 4.2.2　硫化物固体电解质 113 4.2.3　氯化物固体电解质 118 4.2.4　氢化物固体电解质 120 4.2.5　聚合物固体电解质 122 4.3　全固态电池中的界面 124 4.3.1　界面固相接触问题 124 4.3.2　界面电荷传输问题 129 4.3.3　界面枝晶生长问题 134 4.3.4　界面问题的解决策略 139 4.4　典型全固态电池体系 146 4.4.1　Li|LiPON|LiCoO2薄膜全固态电池 146 4.4.2　Li|LiPSCl|LiCoO2高能量密度全固态电池 147 4.4.3　Li-S高能量密度全固态电池 147 4.4.4　Na|NaBH|NaVPO钠离子全固态电池 148 4.5　全固态电池的展望 149 参考文献 150 第5章　水系离子电池 162 5.1　水系电解液的优势 162 5.2　水系电解液面临的问题 163 5.2.1　电解液调控策略 164 5.2.2　电极调控策略 165 5.3　水系锂离子电池 166 5.3.1　水系锂离子电池概述 166 5.3.2　水系锂离子电池电解液 167 5.3.3　水系锂离子电池电极材料 168 5.4　水系钠离子电池 172 5.4.1　水系钠离子电池概述 172 5.4.2　水系钠离子电池电解液 172 5.4.3　水系钠离子电池电极材料 173 5.5　水系钾离子电池 179 5.5.1　水系钾离子电池概述 179 5.5.2　水系钾离子电池电解液 179 5.5.3　水系钾离子电池正极材料　 180 5.5.4　水系钾离子电池负极材料 181 5.6　水系多价金属离子电池 181 5.7　非金属离子电池 183 5.7.1　非金属阳离子电池 183 5.7.2　非金属阴离子电池 187 5.8　小结 189 参考文献 189 第6章　多价金属离子电池 193 6.1　锌离子电池 194 6.1.1　锌离子电池概述 194 6.1.2　锌离子电池电解液　 195 6.1.3　锌离子电池正极材料 196 6.1.4　锌离子电池负极材料　 198 6.2　镁离子电池 200 6.2.1　镁离子电池概述 200 6.2.2　非水系镁离子电池 201 6.2.3　水系镁离子电池 208 6.3　钙离子电池 210 6.3.1　钙离子电池概述 210 6.3.2　钙离子电池电解液 211 6.3.3　钙离子电池正极材料 212 6.3.4　钙离子电池负极材料 213 6.4　铝离子电池 216 6.4.1　铝离子电池概述 216 6.4.2　非水系铝离子电池 218 6.4.3　水系铝离子电池 222 参考文献 223 第7章　钠离子电池和钾离子电池 227 7.1　钠离子电池 227 7.1.1　钠离子电池的发展历史 227 7.1.2　钠离子电池的组成及工作原理 229 7.1.3　钠离子电池的正极材料 231 7.1.4　钠离子电池的负极材料 238 7.1.5　钠离子电池的特点 240 7.1.6　钠离子电池的挑战 240 7.2　钾离子电池 241 7.2.1　钾离子电池的发展历史 241 7.2.2　钾离子电池的组成及工作原理 242 7.2.3　钾离子电池的正极材料 243 7.2.4　钾离子电池的负极材料 249 7.2.5　钾离子电池的特点 252 7.2.6　钾离子电池的挑战 253 参考文献 254 第8章　锂离子电池回收与再利用 257 8.1　回收与再利用概述 257 8.2　锂离子电池的结构组成 259 8.3　锂离子电池的梯次利用与再制造 261 8.3.1　梯次利用电池筛选 263 8.3.2　退役动力电池性能测试 263 8.3.3　锂离子电池拆解预处理技术 265 8.3.4　正极材料回收 268 8.3.5　负极材料回收 272 8.3.6　负极材料再利用 275 8.3.7　电解液回收 277 8.3.8　电解质成分分离和再生 281 8.4　环保政策和法规 284 8.5　小结 285 参考文献 286