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圖書基本信息

Electrolytes for Lithium and Lithium-Ion Batteries
作者： T. Richard Jow;Kang Xu;Oleg Borodin;
ISBN13： 9781493942312
類型： 平裝(簡裝書)
語種： 英語（English）
齣版日期： 2016-09-03
齣版社： Springer
頁數： 476
重量（剋）： 824
尺寸： 236 x 155 x 29 mm

商品簡介

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.

電池技術前沿探索：從基礎理論到未來應用 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，探索當代能源存儲領域最受關注的兩個核心方嚮：固態電池和鈉離子電池。 在全球能源結構轉型和電動化浪潮的背景下，對更高能量密度、更長循環壽命以及更優安全性能的電池技術的需求日益迫切。本書將聚焦於這些前沿技術的設計原理、關鍵材料挑戰、性能優化策略以及産業化前景，為材料科學傢、化學工程師、電池研發人員以及政策製定者提供一份具有高度實踐指導意義的參考資料。 第一部分：固態電解質的革命性突破 固態電池被視為下一代鋰離子電池的終極解決方案，其核心在於用固態電解質取代傳統的易燃有機液態電解質，從而根本性地提升電池的固有安全性，並有望實現能量密度的飛躍。 1.1 固態電解質的分類與基本原理 本書首先詳細梳理瞭固態電解質的四大主要類彆： 無機氧化物電解質： 重點剖析瞭以鑭酸鑭鈦酸鹽（LLZO）、磷酸鹽類（如Li$_{1.3}$Al$_{0.3}$Ti$_{1.7}$(PO$_{4}$)$_{3}$，LATP）為代錶的材料。深入探討瞭其晶體結構（如石榴石結構、NASICON結構）如何影響鋰離子遷移率，以及界麵工程（如錶麵改性、薄膜沉積）在降低固-固界麵阻抗中的關鍵作用。 無機硫化物電解質： 強調瞭硫係材料（如Li$_{10}$GeP$_{2}$S$_{12}$，LGPS；Li$_{7}$P$_{3}$S$_{11}$，LPS）所展現齣的極高離子電導率，並詳細分析瞭其主要的化學穩定性問題，特彆是對空氣和濕度的敏感性，以及如何通過化學包覆策略來穩定界麵。 聚閤物電解質： 涵蓋瞭基於聚環氧乙烷（PEO）的主鏈和側鏈聚閤物體係。討論瞭增塑劑、交聯網絡結構以及納米填料（如無機氧化物納米顆粒）對聚閤物固態電解質的機械性能和離子導電性的協同增強效應，並解析瞭其在低溫性能衰減機製。 復閤型和混閤電解質： 探討瞭如何結閤不同材料的優點，例如將無機填料引入聚閤物基體中形成準固態電解質，以平衡機械強度和離子傳輸能力。 1.2 界麵阻抗與接觸問題 固態電池的性能瓶頸往往不在於電解質本身，而在於電極與固態電解質之間的界麵。本章將以圖解方式，深入分析電化學極化在固-固界麵上的錶現，包括： 空間電荷層效應： 解釋瞭接觸電阻的來源，以及高壓操作下界麵副反應的發生機理。 界麵潤濕性與機械匹配： 探討瞭在電芯製造和循環過程中，由於體積變化導緻的界麵脫離問題，並介紹瞭通過施加外部壓力或設計具有自適應性的界麵緩衝層來維持有效接觸的策略。 第二部分：鈉離子電池的材料創新與係統集成 隨著鋰資源分布不均和成本波動的壓力，鈉離子電池（SIB）作為一種具有資源普適性和低成本潛力的替代方案，正迅速成為研究熱點。本書將詳盡介紹構建高性能SIB係統的關鍵材料和設計理念。 2.1 負極材料的多元化發展 鈉離子半徑遠大於鋰離子，這對負極材料的結構設計提齣瞭根本性挑戰。本書重點關注以下幾類負極體係： 硬碳（Hard Carbon）： 作為目前最有希望實現商業化的負極材料，深度解析瞭硬碳的孔隙結構、石墨化程度與鈉離子存儲機製（嵌入/錶麵吸附）之間的關係。探討瞭通過熱處理和錶麵改性優化其首次庫倫效率和循環穩定性。 閤金類負極（如Sn、Sb基材料）： 分析瞭這些材料的高容量潛力及其在充放電過程中麵臨的巨大體積膨脹問題。介紹瞭通過納米化、構建多孔結構或使用碳基緩衝塗層來緩解機械應力的工程方法。 層狀氧化物和普魯士藍類似物（PBA）： 作為插層型負極材料，討論瞭其層間距對鈉離子可逆嵌入性能的影響，以及如何通過元素摻雜來穩定其結構，防止“脫層”現象的發生。 2.2 正極材料的性能調控 鈉離子電池正極材料是決定其工作電壓和能量密度的關鍵。本書係統比較瞭主流正極材料的優缺點： 層狀氧化物（如NaxMO2，M=Fe, Mn, Co）： 重點分析瞭鈉離子在層間有序和無序排列下的充放電行為，以及高電壓下發生的不可逆相變。討論瞭錶麵包覆對提高循環穩定性和抑製高價態陽離子的遷移作用。 聚陰離子型正極（如Na$_{3}$V$_{2}$(PO$_{4}$)$_{3}$，NVP）： 闡述瞭其三維結構帶來的快速離子傳輸通道，以及通過碳包覆提高導電率和電子傳導性的必要性。 普魯士藍類似物（PBA）： 強調瞭其開放的框架結構和快速的反應動力學，並探討瞭框架缺陷工程在調節鈉離子擴散速率和保持結構完整性方麵的應用。 2.3 鈉離子電池電解液的兼容性與優化 由於鈉離子對傳統有機電解質的溶解度不同，SIB需要特定的電解液體係。本書討論瞭： 電解質鹽的選擇： 對比瞭NaPF$_{6}$、NaClO$_{4}$、NaFSI等鹽在不同溶劑中的電化學窗口和熱穩定性。 界麵膜（SEI/CEI）的形成： 詳細描述瞭鈉離子電池在負極錶麵形成的固體電解質界麵層（SEI）的成分與功能，以及如何通過添加功能性添加劑（如FEC）來構建穩定、低阻抗的界麵膜，這對於保證SIB的長壽命至關重要。 第三部分：係統集成、製造工藝與産業化挑戰 技術突破的最終落腳點在於能否實現成本效益高的規模化生産。本書的最後部分將目光投嚮製造和工程層麵。 3.1 固態電池的製造技術 討論瞭固態電池從實驗室到工廠的工藝轉變，包括： 漿料製備與塗布： 固態電解質粉末的球磨、分散以及與電極活性材料的均勻混閤難度。 熱壓與燒結技術： 介紹熱等靜壓（HIP）和冷壓技術在構建高密度、低阻抗固態電芯中的應用。 全固態電池的疊片與封裝： 探討在空氣敏感環境下，如何實現高精度、高效率的疊片和密封工藝，確保電池在長期服役中的氣密性。 3.2 鈉離子電池的成本控製與規模化 分析瞭鈉離子電池在供應鏈和製造環節的成本優勢： 無鈷/低鎳正極的規模化生産： 探討瞭如何大規模、低成本地閤成高性能層狀氧化物和PBA材料。 銅箔替代： 鈉離子電池負極可以采用鋁箔替代昂貴的銅箔作為集流體，本書詳細分析瞭鋁/鈉閤金界麵形成的電化學可行性。 模塊化與係統集成： 討論瞭鈉離子電池在儲能領域（ESS）的應用優勢，包括其對極端溫度的耐受性以及快速充放電能力，並對比瞭不同電壓平颱下的係統級能量密度優化策略。 結論與展望： 全書最終將對固態電池（追求極緻能量密度和安全性）和鈉離子電池（追求低成本和資源普適性）的長期發展路徑進行綜閤評估，預測未來五年內，這兩種技術將在特定應用場景中如何協同發展，共同推動全球可再生能源存儲技術邁嚮新的高度。本書不僅是深入的技術手冊，更是對未來能源格局的戰略性思考。