鈉離子電池：原理與技術

第1章  緒論1
1.1　能量轉換與存儲概述2
1.2　鈉元素的物理和化學性質(zhì)4
1.2.1　物理性質(zhì)4
1.2.2　化學性質(zhì)5
1.3　鈉資源概述7
1.4　鈉電池9
參考文獻11
第2章  鈉離子電池概述12
2.1　鈉離子電池的優(yōu)勢13
2.2　鈉離子電池的發(fā)展簡史13
2.2.1　正極材料14
2.2.2　負極材料16
2.2.3　應用體系探索17
2.3　鈉離子電池的工作原理及特點18
2.3.1　工作原理18
2.3.2　主要特點19
2.4　鈉離子電池的基本組成及關鍵材料20
2.4.1　電極材料21
2.4.2　相關組件22
2.5　材料相關表征技術及應用24
2.6　材料的制備方法27
2.7　鈉離子電池發(fā)展的必要性29
參考文獻30
第3章  鈉離子電池電化學35
3.1　鈉離子電池電極過程動力學36
3.1.1　鈉離子電池電極過程36
3.1.2　電極過程的數(shù)學描述37
3.1.3　電極過程動力學40
3.2　鈉離子電池電動勢42
3.2.1　鈉離子的嵌入脫出熱力學42
3.2.2　鈉離子嵌入化合物的點陣氣體模型45
3.2.3　鈉離子電池的電動勢與電極材料的電極電勢47
3.3　鈉離子電池開路電壓49
3.3.1　開路電壓的本質(zhì)49
3.3.2　費米能級角度的詮釋50
3.3.3　吉布斯自由能角度的詮釋52
3.4　電化學反應原理54
3.4.1　嵌入反應55
3.4.2　合金化反應56
3.4.3　轉化反應58
3.4.4　其他反應類型61
3.5　鈉離子電池電極及界面特性63
3.5.1　多孔電極結構特征63
3.5.2　多孔電極極化理論67
3.5.3　電池中的界面問題71
3.6　基本電化學測試方法75
3.6.1　循環(huán)伏安法75
3.6.2　電化學阻抗譜78
3.6.3　恒電流間歇滴定技術80
3.6.4　電位階躍技術82
3.6.5　恒電位間歇滴定技術83
3.6.6　不同測試技術的比較84
參考文獻84
第4章  鈉離子電池正極材料87
4.1　正極材料的選擇要求88
4.2　正極材料的發(fā)展與概述89
4.3　正極材料的種類89
4.3.1　層狀過渡金屬氧化物材料90
4.3.2　聚陰離子型正極材料110
4.3.3　普魯士藍類正極材料133
4.3.4　其他無機正極材料139
4.3.5　有機正極材料143
參考文獻156
第5章  鈉離子電池負極材料176
5.1　負極材料的概述177
5.2　嵌入反應負極材料179
5.2.1　碳基負極材料179
5.2.2　非碳嵌入負極材料198
5.3　轉化反應負極材料207
5.3.1　金屬氧化物208
5.3.2　金屬硫化物211
5.3.3　金屬硒化物217
5.3.4　金屬磷化物220
5.4　合金化反應負極材料222
5.4.1　錫負極材料225
5.4.2　銻負極材料227
5.4.3　磷負極材料230
5.4.4　鉛負極材料232
5.4.5　硅負極材料232
5.4.6　鉍負極材料233
5.4.7　鍺負極材料234
5.5　有機負極材料及全有機電池235
5.5.1　有機負極235
5.5.2　全有機鈉離子電池246
參考文獻248
第6章  鈉離子電池電解質(zhì)溶液274
6.1　電解液的要求及其影響因素275
6.1.1　溶劑275
6.1.2　電解質(zhì)鹽278
6.2　液態(tài)電解液281
6.2.1　碳酸酯電解液281
6.2.2　醚類電解液284
6.2.3　阻燃或不燃電解液287
6.3　電解液添加劑293
6.3.1　添加劑的特點及作用293
6.3.2　成膜添加劑294
6.4　SEI 膜結構及生長機理297
6.4.1　SEI 膜的結構及機制297
6.4.2　不同電極表面的SEI 膜301
6.4.3　SEI 膜的改性305
6.5　凝膠電解液307
6.6　固態(tài)電解質(zhì)309
6.6.1　聚合物固態(tài)電解質(zhì)309
6.6.2　無機固態(tài)電解質(zhì)312
6.7　小結323
參考文獻324
第7章  水溶液鈉離子電池342
7.1　概述343
7.2　水系鈉離子電池的基本原理343
7.3　正極材料的種類345
7.3.1　過渡金屬氧化物346
7.3.2　聚陰離子型化合物352
7.3.3　普魯士藍類化合物357
7.3.4　水系有機正極材料360
7.4　負極材料的種類360
7.4.1　活性炭361
7.4.2　磷酸鹽負極362
7.4.3　釩基負極材料363
7.4.4　其他無機負極材料366
7.4.5　有機負極材料367
7.5　水系電解液368
7.5.1　低濃度電解液368
7.5.2　高濃度電解液368
7.5.3　“water-in-salt”型電解液369
7.6　全電池體系370
7.7　挑戰(zhàn)與展望373
參考文獻374
第8章  鈉離子電池材料的理論計算研究378
8.1　概述379
8.2　計算方法及實例簡介379
8.2.1　結構和能量380
8.2.2　遷移389
8.2.3　穩(wěn)定性394
8.3　材料基因組技術與鈉離子電池399
8.3.1　材料基因工程399
8.3.2　電池材料的高通量篩選400
8.3.3　機器學習在電池材料探索中的應用401
8.4　總結與展望403
參考文獻404
第9章  鈉離子電池的發(fā)展、機遇及挑戰(zhàn)408
9.1　鈉離子電池發(fā)展的必要性409
9.2　可選電極材料體系410
9.3　全電池能量密度預估413
9.4　鈉離子電池的優(yōu)勢416
9.5　鈉離子電池的機遇和挑戰(zhàn)417
參考文獻419
索引421