●叢書序
前言
第1章 鈉離子電池簡介 1
1.1 概述 2
1.2 鈉離子電池的誕生與發展 4
1.3 鈉離子電池的工作原理與特點 7
1.3.1 鈉離子電池的工作原理 7
1.3.2 鈉離子電池的特點 9
1.4 鈉離子電池的基本概念 13
參考文獻 17
第2章 鈉離子電池正極材料 19
2.1 概述 20
2.1.1 典型正極材料的晶體結構 23
2.1.2 正極材料常用合成方法 27
2.2 氧化物類正極材料 31
2.2.1 層狀氧化物正極材料 34
2.2.2 其他氧化物正極材料 51
2.2.3 層狀氧化物正極材料的若干基礎科學問題 55
2.3 聚陰離子類正極材料 79
2.3.1 磷酸鹽 81
2.3.2 硫酸鹽 86
2.3.3 硅酸鹽 90
2.3.4 硼酸鹽 90
2.3.5 混合聚陰離子化合物 92
2.4 普魯士藍類正極材料 98
2.4.1 普魯士藍在非水繫鈉離子電池中的應用 99
2.4.2 普魯士藍在水繫鈉離子電池中的應用 105
2.5 有機類正極材料 108
2.5.1 導電聚合物 110
2.5.2 有機共軛羰基類化合物 110
參考文獻 112
第3章 鈉離子電池負極材料 124
3.1 概述 125
3.2 碳基負極材料 127
3.2.1 碳材料的種類及發展史 127
3.2.2 石墨類碳材料 128
3.2.3 無定形碳材料 134
3.2.4 納米碳材料 137
3.2.5 碳負極充放電曲線特征分析 139
3.2.6 碳材料微結構調控 146
3.2.7 碳材料電化學性能評價 155
3.3 鈦基負極材料 158
3.3.1 Na2Ti3O7 158
3.3.2 Li4Ti5O12 159
3.3.3 Na0.66[Li0.22Ti0.78]O2 160
3.3.4 Na0.6[Cr0.6Ti0.4]O2 161
3.3.5 NaTiOPO4 162
3.3.6 NaTi2(PO4)3 163
3.4 有機類負極材料 163
3.4.1 常見有機負極材料 164
3.4.2 共軛羰基化合物的儲鈉機理 166
3.5 合金及其他負極材料 168
3.5.1 合金類材料 168
3.5.2 其他材料 172
3.5.3 合金及其他材料的常見改善策略 172
參考文獻 175
第4章 鈉離子電池液體電解質 180
4.1 概述 181
4.2 電解液基礎理化性質 183
4.2.1 傳輸性質 184
4.2.2 化學和電化學穩定性 186
4.2.3 熱穩定性 189
4.2.4 譜學技術與電解液理化性質 190
4.3 有機溶劑 191
4.3.1 碳酸酯類溶劑 192
4.3.2 醚類溶劑 195
4.3.3 其他溶劑 196
4.3.4 有機溶劑的選擇 200
4.4 電解質鹽 206
4.4.1 無機鈉鹽 206
4.4.2 有機鈉鹽 207
4.4.3 其他鈉鹽 208
4.4.4 鈉鹽的選擇 210
4.5 界面與有機電解液添加劑 211
4.5.1 電解液與電極材料的界面 211
4.5.2 有機電解液添加劑 221
4.6 新型電解液體繫及應用 230
4.6.1 水繫電解液 230
4.6.2 高鹽濃度電解液 232
4.6.3 離子液體電解液 236
4.6.4 不可燃電解液 238
參考文獻 240
第5章 鈉離子電池固體電解質 245
5.1 概述 246
5.2 固體電解質基礎理化性質表征 249
5.2.1 離子電導率 249
5.2.2 離子擴散激活能 251
5.2.3 離子遷移數 251
5.2.4 電化學窗口 252
5.3 無機固體電解質 253
5.3.1 離子擴散機制 254
5.3.2 氧化物固體電解質 255
5.3.3 硫化物固體電解質 261
5.3.4 其他無機固體電解質 265
5.4 聚合物電解質 265
5.4.1 離子傳輸機制 267
5.4.2 聚環氧乙烷基固體聚合物電解質 268
5.4.3 非聚環氧乙烷基固體聚合物電解質 275
5.4.4 凝膠聚合物電解質 279
5.5 復合固體電解質 285
5.5.1 惰性納米顆粒-聚合物復合固體電解質 285
5.5.2 活性無機固體電解質-聚合物復合固體電解質 286
5.5.3 其他類型的復合固體電解質 287
5.6 固態鈉電池中的界面 288
5.6.1 固態電池中的界面問題 289
5.6.2 固態電池界面改性 290
參考文獻 294
第6章 鈉離子電池非活性材料 300
6.1 概述 301
6.2 隔膜材料 302
6.2.1 常見隔膜材料及其改性 303
6.2.2 新型隔膜材料 304
6.3 黏結劑材料 308
6.3.1 常見黏結劑材料 309
6.3.2 黏結劑對電極材料電化學性能的影響 311
6.4 導電劑材料 315
6.5 集流體材料 317
6.5.1 常見集流體材料 317
6.5.2 新型集流體材料 318
參考文獻 323
第7章 鈉離子電池表征技術 326
7.1 概述 327
7.2 衍射技術 329
7.2.1 X射線衍射技術 329
7.2.2 同步輻射X射線衍射技術 334
7.2.3 中子衍射技術 337
7.2.4 對分布函數 340
7.3 透射電鏡技術 341
7.3.1 透射電子顯微技術 341
7.3.2 掃描透射電子顯微技術 343
7.3.3 X射線能譜和電子能量損失譜分析 344
7.4 固體核磁共振波譜技術 346
7.5 X射線吸收譜技術 349
7.6 表面分析技術 352
7.6.1 X射線光電子能譜技術 352
7.6.2 原子力顯微技術 355
7.7 電化學表征技術 356
7.7.1 線性電勢掃描法 356
7.7.2 恆電流間歇滴定和恆電位間歇滴定技術 358
7.7.3 電化學阻抗譜技術 362
參考文獻 365
第8章 鈉離子電池理論計算與模擬 369
8.1 概述 370
8.2 基於量子力學的理論計算與模擬方法簡介 371
8.2.1 密度泛函理論 372
8.2.2 雜化泛函/DFT+U方法和DFT-D方法 373
8.2.3 分子動力學方法 374
8.2.4 爬坡彈性帶法 375
8.2.5 晶格振動理論 375
8.2.6 蒙特卡羅方法與團簇展開法 376
8.2.7 鍵價理論和Bader電荷 377
8.3 理論計算模擬在鈉離子電池材料中的應用 378
8.3.1 電極材料的嵌鈉電壓 378
8.3.2 電極材料的電子結構和電荷補償機制 383
8.3.3 電極材料與固體電解質中的鈉離子擴散機理 386
8.3.4 固體電解質的電化學窗口 396
8.4 材料基因工程、機器學習及其應用 397
8.4.1 材料基因工程簡介 397
8.4.2 機器學習簡介 398
8.4.3 材料基因工程及機器學習在鈉離子電池中的應用 399
參考文獻 402
第9章 鈉離子電池技術與應用 405
9.1 概述 406
9.2 鈉電池及鈉離子電池 407
9.2.1 鈉電池及鈉離子電池簡介 407
9.2.2 兩類商業化的鈉電池 407
9.2.3 鈉離子電池分類 411
9.2.4 實驗室扣式電池組裝 411
9.3 鈉離子電池制造工藝及技術 414
9.3.1 鈉離子電池類型 414
9.3.2 鈉離子電池設計 416
9.3.3 鈉離子電池補鈉技術 421
9.3.4 鈉離子電池制造 423
9.3.5 鈉離子電池組設計 429
9.4 鈉離子電池測試維護及失效分析 434
9.4.1 鈉離子電池測試 434
9.4.2 鈉離子電池使用和維護 442
9.4.3 鈉離子電池失效分析 442
9.5 鈉離子電池成本估算 448
9.5.1 成本計算模型建立 448
9.5.2 不同正、負極材料體繫鈉離子電池成本核算 453
9.5.3 與其他電池體繫成本對比 456
9.6 鈉離子電池應用 458
9.6.1 鈉離子電池產業化現狀 458
9.6.2 低速電動車市場 461
9.6.3 規模儲能市場 462
參考文獻 466
後記 469

鈉離子電池是繼鋰離子電池之後擁有應用前景的二次電池技術之一，掌握鈉離子電池涉及的理論知識和關鍵科學問題對基礎研究和應用推廣具有重要意義。本書介紹了鈉離子電池的發展歷史、工作原理、性能特點和基本概念，探討了正極材料、負極材料、液體電解質、固體電解質和非活性材料的制備方法、理化性質及對鈉離子電池性能的影響，梳理了優選表征技術和理論計算模擬在鈉離子電池研究中的應用，分述了鈉離子電池的制造工藝、失效分析、成本估算及產業化現狀。本書彙集了國內外研究者的近期新科技成果與相關技術，體現了鈉離子電池當今發展和研究的趨勢，是材料、物理、化學、電化學、化工、能源等學科的基礎理論研究與應用技術前沿的集成反映。全書共9章，包括鈉離子電池簡介、鈉離子電池正極材料、鈉離子電池負極材料、鈉離子電池液體電解質、鈉離子電池固體電解質、鈉離子電池非活性材料、鈉離子電池表征技術、鈉離子電池理論計算與模擬和鈉離子電池技術與應用。等