先进电化学能源存储与转化技术丛书--钠离子电池:原理与技术

第1章 绪论1
1.1　能量转换与存储概述2
1.2　钠元素的物理和化学性质4
1.2.1　物理性质4
1.2.2　化学性质5
1.3　钠资源概述7
1.4　钠电池9
参考文献11 第2章 钠离子电池概述12
2.1　钠离子电池的优势13
2.2　钠离子电池的发展简史13
2.2.1　正极材料14
2.2.2　负极材料16
2.2.3　应用体系探索17
2.3　钠离子电池的工作原理及特点18
2.3.1　工作原理18
2.3.2　主要特点19
2.4　钠离子电池的基本组成及关键材料20
2.4.1　电极材料21
2.4.2　相关组件22
2.5　材料相关表征技术及应用24
2.6　材料的制备方法27
2.7　钠离子电池发展的必要性29
参考文献30 第3章 钠离子电池电化学35
3.1　钠离子电池电极过程动力学36
3.1.1　钠离子电池电极过程36
3.1.2　电极过程的数学描述37
3.1.3　电极过程动力学40
3.2　钠离子电池电动势42
3.2.1　钠离子的嵌入脱出热力学42
3.2.2　钠离子嵌入化合物的点阵气体模型45
3.2.3　钠离子电池的电动势与电极材料的电极电势47
3.3　钠离子电池开路电压49
3.3.1　开路电压的本质49
3.3.2　费米能级角度的诠释50
3.3.3　吉布斯自由能角度的诠释52
3.4　电化学反应原理54
3.4.1　嵌入反应55
3.4.2　合金化反应56
3.4.3　转化反应58
3.4.4　其他反应类型61
3.5　钠离子电池电极及界面特性63
3.5.1　多孔电极结构特征63
3.5.2　多孔电极极化理论67
3.5.3　电池中的界面问题71
3.6　基本电化学测试方法75
3.6.1　循环伏安法75
3.6.2　电化学阻抗谱78
3.6.3　恒电流间歇滴定技术80
3.6.4　电位阶跃技术82
3.6.5　恒电位间歇滴定技术83
3.6.6　不同测试技术的比较84
参考文献84 第4章 钠离子电池正极材料87
4.1　正极材料的选择要求88
4.2　正极材料的发展与概述89
4.3　正极材料的种类89
4.3.1　层状过渡金属氧化物材料90
4.3.2　聚阴离子型正极材料110
4.3.3　普鲁士蓝类正极材料133
4.3.4　其他无机正极材料139
4.3.5　有机正极材料143
参考文献156 第5章 钠离子电池负极材料176
5.1　负极材料的概述177
5.2　嵌入反应负极材料179
5.2.1　碳基负极材料179
5.2.2　非碳嵌入负极材料198
5.3　转化反应负极材料207
5.3.1　金属氧化物208
5.3.2　金属硫化物211
5.3.3　金属硒化物217
5.3.4　金属磷化物220
5.4　合金化反应负极材料222
5.4.1　锡负极材料225
5.4.2　锑负极材料227
5.4.3　磷负极材料230
5.4.4　铅负极材料232
5.4.5　硅负极材料232
5.4.6　铋负极材料233
5.4.7　锗负极材料234
5.5　有机负极材料及全有机电池235
5.5.1　有机负极235
5.5.2　全有机钠离子电池246
参考文献248 第6章 钠离子电池电解质溶液274
6.1　电解液的要求及其影响因素275
6.1.1　溶剂275
6.1.2　电解质盐278
6.2　液态电解液281
6.2.1　碳酸酯电解液281
6.2.2　醚类电解液284
6.2.3　阻燃或不燃电解液287
6.3　电解液添加剂293
6.3.1　添加剂的特点及作用293
6.3.2　成膜添加剂294
6.4　SEI 膜结构及生长机理297
6.4.1　SEI 膜的结构及机制297
6.4.2　不同电极表面的SEI 膜301
6.4.3　SEI 膜的改性305
6.5　凝胶电解液307
6.6　固态电解质309
6.6.1　聚合物固态电解质309
6.6.2　无机固态电解质312
6.7　小结323
参考文献324 第7章 水溶液钠离子电池342
7.1　概述343
7.2　水系钠离子电池的基本原理343
7.3　正极材料的种类345
7.3.1　过渡金属氧化物346
7.3.2　聚阴离子型化合物352
7.3.3　普鲁士蓝类化合物357
7.3.4　水系有机正极材料360
7.4　负极材料的种类360
7.4.1　活性炭361
7.4.2　磷酸盐负极362
7.4.3　钒基负极材料363
7.4.4　其他无机负极材料366
7.4.5　有机负极材料367
7.5　水系电解液368
7.5.1　低浓度电解液368
7.5.2　高浓度电解液368
7.5.3　“water-in-salt”型电解液369
7.6　全电池体系370
7.7　挑战与展望373
参考文献374 第8章 钠离子电池材料的理论计算研究378
8.1　概述379
8.2　计算方法及实例简介379
8.2.1　结构和能量380
8.2.2　迁移389
8.2.3　稳定性394
8.3　材料基因组技术与钠离子电池399
8.3.1　材料基因工程399
8.3.2　电池材料的高通量筛选400
8.3.3　机器学习在电池材料探索中的应用401
8.4　总结与展望403
参考文献404 第9章 钠离子电池的发展、机遇及挑战408
9.1　钠离子电池发展的必要性409
9.2　可选电极材料体系410
9.3　全电池能量密度预估413
9.4　钠离子电池的优势416
9.5　钠离子电池的机遇和挑战417
参考文献419 索引421