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T Richard Jow & Kang X... 著

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出版社： Springer

ISBN：9781493942312

商品编码：29635657303

包装：平装

外文名称：Electrolytes for Lithi...

出版时间：2016-09-03

页数：476

正文语种：英语

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。

评分☆☆☆☆☆

这本书的专业性令人印象深刻，但更让我惊喜的是它在处理“问题导向型”研究方面的深度。我一直对锂金属电池（LMB）的枝晶生长问题深感困扰，阅读市面上大多数书籍时，往往只能得到一些泛泛而谈的解决方案。然而，这本书却用了整整一个章节的篇幅，细致入微地剖析了从电镀/剥离过程中的电荷转移不均匀性，到界面极化对锂枝晶形貌的微观影响机制。它不是简单地罗列“使用添加剂”或“优化涂层”，而是深入到电化学相图和电荷密度分布的层面去解释为什么某些策略有效，而另一些则效果甚微。特别是它对“死锂”形成的化学热力学解释，配上详实的电化学阻抗谱（EIS）分析数据，简直是令人醍醐灌顶。我立马将书中的一个关于新型界面稳定层设计的思路应用到我手头的实验中，初步结果显示界面阻抗确实得到了显著降低。这本书记载的知识点密度极高，需要反复阅读和消化，但那种知识带来的“踏实感”是其他任何资料都无法比拟的。它绝对是实验室案头不可或缺的工具书。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，我最初是冲着对“下一代电池技术”的展望来翻开这本书的。市面上太多书籍热衷于追逐前沿概念，但往往缺乏对基础物理化学原理的深刻挖掘，读完后总觉得悬空。这本书的处理方式非常成熟和平衡。它在探讨例如全固态电池（ASSB）的离子传导机制时，并没有止步于讨论刚性晶格结构带来的高能垒问题，而是花了大量的笔墨去解析电场梯度如何影响锂离子在颗粒边界处的跳跃概率。这种对基础物理图像的坚持，使得即使是面对最尖端的技术，读者也能建立起牢固的认知框架。举个例子，书中对不同类型固态电解质（硫化物、氧化物、聚合物）在不同温度和湿度条件下的电化学稳定性窗口的对比分析，详尽到令人发指，几乎涵盖了工业应用中所有可能的“陷阱”。对于那些希望从技术原理层面理解材料选择和系统设计的工程师和研究生来说，这本书简直是一部百科全书式的指南，它教会你如何“设计”材料，而不是仅仅“使用”材料。

评分☆☆☆☆☆

如果要用一个词来形容这本书带给我的感受，那大概是“系统性重塑”。我过去对高压正极材料（如镍锰钴酸锂，NMC）在超过4.4V工作时所经历的表面氧化和腐蚀过程的理解，是碎片化的。但这本书，通过对电解液组分、添加剂（如氟代碳酸乙烯酯，FEC）以及电极表面膜（CEI）形成机制的整合叙述，构建了一个完整的、动态的腐蚀-钝化模型。它不仅解释了为什么某些添加剂能够抑制氧气的释放，还深入剖析了这些添加剂本身在高温高压环境下自身的降解路径，这对于制定更稳健的电池管理策略至关重要。阅读过程中，我感觉自己仿佛置身于一个高度精密的实验室，作者正在通过清晰的逻辑链条，一步步引导我识别和解决从电极到电解液的每一个潜在失效点。对于任何一个致力于提升锂电池能量密度和安全性的研究者而言，这本书提供的知识深度和广度，无疑是当前市场上最顶尖的参考资料之一，它提供的洞察力远超普通的文献综述。

评分☆☆☆☆☆

天呐，我终于找到了这本关于电池技术和材料的宝藏！说实话，我刚开始接触锂离子电池的电解质研究时，感觉就像是在一片迷雾中摸索，各种复杂的化学式和电化学原理简直让人望而生畏。但是，这本书的出现彻底改变了我的学习体验。它的叙述方式非常引人入胜，不像一些教科书那样枯燥乏味，反而更像是一位经验丰富的导师在耐心地为你拆解每一个复杂的概念。比如，它对固态电解质和凝胶电解质的对比分析，简直是教科书级别的清晰度。作者不仅深入探讨了传统液态电解质的局限性，比如安全性和循环稳定性问题，还用大量的实例和图表展示了新型电解质体系——比如富锂锰基正极材料与电解液的界面反应机理——是如何被解决的。我特别欣赏它在阐述电化学反应动力学时的深度和广度，真正做到了从微观层面理解宏观性能的变化。读完这部分内容，我感觉自己对提升电池性能的瓶颈有了更清晰的认识，也为后续的实验设计提供了坚实的理论基础。这本书的价值绝不仅仅停留在理论层面，它更像是为我们这些研究人员架起了一座通往实际应用的技术桥梁。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和逻辑结构设计得非常贴合一个资深科研人员的需求。它不像初级读物那样事无巨细地解释每一个基础概念，而是假设读者已经具备了电化学的基本素养，直接切入到复杂体系的相互作用分析中。我特别欣赏它在跨学科知识融合方面的处理。比如，在讨论电解液的溶剂化结构对锂离子迁移率的影响时，它巧妙地引入了分子动力学模拟（MD）的结果来佐证实验观察到的宏观粘度和电导率变化。这种理论计算与实验数据的紧密结合，为我们理解溶剂化壳层动力学提供了强有力的证据。更重要的是，它对不同电化学窗口下的“副反应”分析极其透彻。不是简单地说“会分解”，而是具体到分解产物对电极表面形貌的影响路径，以及这些产物如何反馈性地影响电解液的整体性能。这种循环反馈机制的解析，是提升电池寿命和安全性的关键所在，也是这本书真正体现其高价值的地方。