第1章緒論



1.1儲能材料制備、表征與分析方法概述001



1.2儲能材料的任務及面臨的問題002



1.3儲能材料發展現狀002



參考文獻004







第2章儲能材料制備方法概述



2.1固相法005



2.1.1高溫固相合成法006



2.1.2自蔓延高溫合成法007



2.1.3高能球磨法008



2.2液相法010



2.2.1沉澱法011



2.2.2水熱法013



2.2.3溶劑熱法017



2.2.4溶膠-凝膠法019



2.2.5微乳液法022



2.2.6微波合成法023



2.2.7模板法026



2.2.8噴霧法027



2.2.9靜電紡絲法029



2.3氣相法031



2.3.1濺射法031



2.3.2化學氣相沉積法032



2.4其他合成方法039



2.4.1超聲化學合成法039



2.4.2電化學法041



2.4.3超聲電化學法的原理與特點041



參考文獻042







第3章儲能材料表征與分析



3.1成分分析043



3.1.1化學分析043



3.1.2原子吸收光譜分析044



3.1.3電感耦合等離子體原子發射光譜分析044



3.1.4X射線光電子能譜分析046



3.1.5X射線熒光光譜分析050



3.2結構分析052



3.2.1X射線衍射分析052



3.2.2傅裡葉紅外光譜分析058



3.2.3拉曼光譜分析062



3.3形貌分析067



3.3.1掃描電子顯微鏡分析067



3.3.2透射電子顯微鏡分析074



3.4粒度分析087



3.5熱分析088



3.5.1熱分析概述088



3.5.2熱重分析089



3.5.3差熱分析法090



3.5.4示差掃描量熱法092



3.6電化學性能測試095



3.6.1循環伏安測試095



3.6.2交流阻抗測試096



參考文獻097







第4章鋰離子電池材料



4.1鋰離子電池概述098



4.1.1鋰離子電池的工作原理099



4.1.2鋰離子電池的組成099



4.1.3鋰離子電池的優缺點100



4.2正極材料100



4.2.1層狀結構正極材料101



4.2.2尖晶石結構正極材料108



4.2.3聚陰離子型正極材料112



4.2.4其他類型正極材料117



4.3負極材料117



4.3.1嵌入型負極材料117



4.3.2合金化負極材料121



4.3.3轉換型負極材料122



4.4電解質材料123



4.4.1有機液體電解質124



4.4.2聚合物電解質127



4.4.3凝膠電解質131



4.4.4無機固體電解質131



4.5隔膜材料132



4.5.1鋰離子電池隔膜材料的種類132



4.5.2鋰離子電池隔膜的改性技術134



4.5.3鋰離子電池隔膜發展趨勢134



參考文獻135







第5章鈉離子電池材料



5.1鈉離子電池概述138



5.1.1鈉離子電池的結構138



5.1.2鈉離子電池的工作原理139



5.2鈉離子電池正極材料140



5.2.1層狀過渡金屬氧化物鈉離子電池正極材料140



5.2.2聚陰離子型鈉離子電池正極材料141



5.2.3鐵基氟化物正極材料142



5.2.4其他鈉離子電池正極材料144



5.3鈉離子電池負極材料144



5.3.1碳基負極材料144



5.3.2合金負極材料145



5.3.3氧化物與硫化物負極材料146



5.3.4鈦基氧化物負極材料146



參考文獻147







第6章水繫電池材料



6.1水繫電池的發展及現狀148



6.2水繫鋰離子電池150



6.2.1水繫鋰離子電池正極材料150



6.2.2水繫鋰離子電池負極材料151



6.3水繫鈉離子電池154



6.3.1水繫鈉離子電池正極材料154



6.3.2水繫鈉離子電池負極材料157



6.4水繫鋅離子電池158



6.4.1水繫鋅離子電池負極材料159



6.4.2水繫鋅離子電池正極材料161



6.5混合水繫電池164



參考文獻165







第7章全釩液流電池



7.1全釩液流電池概述166



7.1.1全釩液流電池的結構及工作原理167



7.1.2全釩液流電池的特點168



7.1.3全釩液流電池的應用169



7.2全釩液流電池的研究進展169



7.2.1全釩液流電池國內的研究進展169



7.2.2全釩液流電池國外的研究進展170



7.3電解液171



7.3.1電解液的制備172



7.3.2電解液分析方法173



7.3.3電解液優化方法173



7.4電極材料175



7.4.1金屬類電極175



7.4.2碳素類電極175



7.4.3復合高分子電極178



7.5隔膜179



7.5.1含氟膜179



7.5.2非氟離子交換膜181



參考文獻183

地球上的資源不是取之不盡、用之不竭的，大力發展新能源是21世紀全人類關注的焦點。然而，太陽能、風能、潮汐能等在時間和空間上具有不連續性，如果要把這些不間斷的能量智能並網輸出，需要各種能量儲存的裝置，如鋰離子電池、鈉離子電池、水繫電池和全釩液流電池等二次充電電池。眾所周知，影響電池性能的核心是關鍵材料的開發與應用。因此，本書從材料的角度闡述儲能材料的基礎與應用。



本書共分7章，重點介紹儲能材料的制備方法、儲能材料的表征與分析方法，然後闡述儲能材料在鋰離子電池、鈉離子電池、水繫電池以及全釩液流電池中的應用。本書旨在繫統地介紹儲能領域的基本理論以及關鍵材料的合成方法及技術進展，並通過部分實例進行闡明分析。本書適合作為高等院校能源、材料、化工、環境和冶金等相關學科的本科和研究生教材，也適合從事新能源材料領域的工程技術人員、科研人員和管理人員參考。



本書由吳賢文、向延鴻主編，李佑稷、吳顯明、何章興任副主編，伍建華、申永強等參加編寫。其中，吳賢文負責編寫第1章、第6章以及第3章的部分內容；李佑稷、吳顯明負責編寫第3章的部分內容；向延鴻負責編寫第2章和第4章的部分內容；伍建華負責編寫第4章的部分內容；申永強負責編寫第5章；何章興負責編寫第7章。此外，吉首大學彭清靜、張帆、丁雷、高峰、陳上、鄒曉勇、華駿等老師對本書的編寫給予了極大幫助。在本書編寫過程中，還得到了湖南省2011計劃錳鋅釩產業技術協同創新中心、吉首大學化學實驗教學示範中心、學校和職能部門的領導以及相關專家的大力支持，在此一並表示感謝。



由於編者水平有限，書中難免有不足之處，敬請廣大讀者批評指正。







編者



2019年1月