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图书基本信息

Electrolytes for Lithium and Lithium-Ion Batteries
作者： T. Richard Jow;Kang Xu;Oleg Borodin;
ISBN13： 9781493942312
类型： 平装(简装书)
语种： 英语（English）
出版日期： 2016-09-03
出版社： Springer
页数： 476
重量（克）： 824
尺寸： 236 x 155 x 29 mm

商品简介

Electrolytes for Lithium and Lithium-ion Batteries provides a comprehensive overview of the scientific understanding and technological development of electrolyte materials in the last several years. This book covers key electrolytes such as LiPF₆ salt in mixed-carbonate solvents with additives for the state-of-the-art Li-ion batteries as well as new electrolyte materials developed recently that lay the foundation for future advances. This book also reviews the characterization of electrolyte materials for their transport properties, structures, phase relationships, stabilities, and impurities. The book discusses in-depth the electrode-electrolyte interactions and interphasial chemistries that are key for the successful use of the electrolyte in practical devices. The Quantum Mechanical and Molecular Dynamical calculations that has proved to be so powerful in understanding and predicating behavior and properties of materials is also reviewed in this book. Electrolytes for Lithium and Lithium-ion Batteries is ideal for electrochemists, engineers, researchers interested in energy science and technology, material scientists, and physicists working on energy.

电池技术前沿探索：从基础理论到未来应用 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索当代能源存储领域最受关注的两个核心方向：固态电池和钠离子电池。 在全球能源结构转型和电动化浪潮的背景下，对更高能量密度、更长循环寿命以及更优安全性能的电池技术的需求日益迫切。本书将聚焦于这些前沿技术的设计原理、关键材料挑战、性能优化策略以及产业化前景，为材料科学家、化学工程师、电池研发人员以及政策制定者提供一份具有高度实践指导意义的参考资料。 第一部分：固态电解质的革命性突破 固态电池被视为下一代锂离子电池的终极解决方案，其核心在于用固态电解质取代传统的易燃有机液态电解质，从而根本性地提升电池的固有安全性，并有望实现能量密度的飞跃。 1.1 固态电解质的分类与基本原理 本书首先详细梳理了固态电解质的四大主要类别： 无机氧化物电解质： 重点剖析了以镧酸镧钛酸盐（LLZO）、磷酸盐类（如Li$_{1.3}$Al$_{0.3}$Ti$_{1.7}$(PO$_{4}$)$_{3}$，LATP）为代表的材料。深入探讨了其晶体结构（如石榴石结构、NASICON结构）如何影响锂离子迁移率，以及界面工程（如表面改性、薄膜沉积）在降低固-固界面阻抗中的关键作用。 无机硫化物电解质： 强调了硫系材料（如Li$_{10}$GeP$_{2}$S$_{12}$，LGPS；Li$_{7}$P$_{3}$S$_{11}$，LPS）所展现出的极高离子电导率，并详细分析了其主要的化学稳定性问题，特别是对空气和湿度的敏感性，以及如何通过化学包覆策略来稳定界面。 聚合物电解质： 涵盖了基于聚环氧乙烷（PEO）的主链和侧链聚合物体系。讨论了增塑剂、交联网络结构以及纳米填料（如无机氧化物纳米颗粒）对聚合物固态电解质的机械性能和离子导电性的协同增强效应，并解析了其在低温性能衰减机制。 复合型和混合电解质： 探讨了如何结合不同材料的优点，例如将无机填料引入聚合物基体中形成准固态电解质，以平衡机械强度和离子传输能力。 1.2 界面阻抗与接触问题 固态电池的性能瓶颈往往不在于电解质本身，而在于电极与固态电解质之间的界面。本章将以图解方式，深入分析电化学极化在固-固界面上的表现，包括： 空间电荷层效应： 解释了接触电阻的来源，以及高压操作下界面副反应的发生机理。 界面润湿性与机械匹配： 探讨了在电芯制造和循环过程中，由于体积变化导致的界面脱离问题，并介绍了通过施加外部压力或设计具有自适应性的界面缓冲层来维持有效接触的策略。 第二部分：钠离子电池的材料创新与系统集成 随着锂资源分布不均和成本波动的压力，钠离子电池（SIB）作为一种具有资源普适性和低成本潜力的替代方案，正迅速成为研究热点。本书将详尽介绍构建高性能SIB系统的关键材料和设计理念。 2.1 负极材料的多元化发展 钠离子半径远大于锂离子，这对负极材料的结构设计提出了根本性挑战。本书重点关注以下几类负极体系： 硬碳（Hard Carbon）： 作为目前最有希望实现商业化的负极材料，深度解析了硬碳的孔隙结构、石墨化程度与钠离子存储机制（嵌入/表面吸附）之间的关系。探讨了通过热处理和表面改性优化其首次库伦效率和循环稳定性。 合金类负极（如Sn、Sb基材料）： 分析了这些材料的高容量潜力及其在充放电过程中面临的巨大体积膨胀问题。介绍了通过纳米化、构建多孔结构或使用碳基缓冲涂层来缓解机械应力的工程方法。 层状氧化物和普鲁士蓝类似物（PBA）： 作为插层型负极材料，讨论了其层间距对钠离子可逆嵌入性能的影响，以及如何通过元素掺杂来稳定其结构，防止“脱层”现象的发生。 2.2 正极材料的性能调控 钠离子电池正极材料是决定其工作电压和能量密度的关键。本书系统比较了主流正极材料的优缺点： 层状氧化物（如NaxMO2，M=Fe, Mn, Co）： 重点分析了钠离子在层间有序和无序排列下的充放电行为，以及高电压下发生的不可逆相变。讨论了表面包覆对提高循环稳定性和抑制高价态阳离子的迁移作用。 聚阴离子型正极（如Na$_{3}$V$_{2}$(PO$_{4}$)$_{3}$，NVP）： 阐述了其三维结构带来的快速离子传输通道，以及通过碳包覆提高导电率和电子传导性的必要性。 普鲁士蓝类似物（PBA）： 强调了其开放的框架结构和快速的反应动力学，并探讨了框架缺陷工程在调节钠离子扩散速率和保持结构完整性方面的应用。 2.3 钠离子电池电解液的兼容性与优化 由于钠离子对传统有机电解质的溶解度不同，SIB需要特定的电解液体系。本书讨论了： 电解质盐的选择： 对比了NaPF$_{6}$、NaClO$_{4}$、NaFSI等盐在不同溶剂中的电化学窗口和热稳定性。 界面膜（SEI/CEI）的形成： 详细描述了钠离子电池在负极表面形成的固体电解质界面层（SEI）的成分与功能，以及如何通过添加功能性添加剂（如FEC）来构建稳定、低阻抗的界面膜，这对于保证SIB的长寿命至关重要。 第三部分：系统集成、制造工艺与产业化挑战 技术突破的最终落脚点在于能否实现成本效益高的规模化生产。本书的最后部分将目光投向制造和工程层面。 3.1 固态电池的制造技术 讨论了固态电池从实验室到工厂的工艺转变，包括： 浆料制备与涂布： 固态电解质粉末的球磨、分散以及与电极活性材料的均匀混合难度。 热压与烧结技术： 介绍热等静压（HIP）和冷压技术在构建高密度、低阻抗固态电芯中的应用。 全固态电池的叠片与封装： 探讨在空气敏感环境下，如何实现高精度、高效率的叠片和密封工艺，确保电池在长期服役中的气密性。 3.2 钠离子电池的成本控制与规模化 分析了钠离子电池在供应链和制造环节的成本优势： 无钴/低镍正极的规模化生产： 探讨了如何大规模、低成本地合成高性能层状氧化物和PBA材料。 铜箔替代： 钠离子电池负极可以采用铝箔替代昂贵的铜箔作为集流体，本书详细分析了铝/钠合金界面形成的电化学可行性。 模块化与系统集成： 讨论了钠离子电池在储能领域（ESS）的应用优势，包括其对极端温度的耐受性以及快速充放电能力，并对比了不同电压平台下的系统级能量密度优化策略。 结论与展望： 全书最终将对固态电池（追求极致能量密度和安全性）和钠离子电池（追求低成本和资源普适性）的长期发展路径进行综合评估，预测未来五年内，这两种技术将在特定应用场景中如何协同发展，共同推动全球可再生能源存储技术迈向新的高度。本书不仅是深入的技术手册，更是对未来能源格局的战略性思考。