開發(fā)與可再生新能源適配的低成本、高安全、高效儲能的二次電池系統(tǒng)已成為未來能源綠色革命的支撐技術之一。掌握二次電池電極材料涉及的理論知識、了解電極材料結構調控的原理對基礎研究和應用推廣具有重要意義。本書前半部分介紹了二次電池電極材料的基礎理論、體相結構、微結構調控原理和制備方法與電化學表征；后半部分分析了目前備受關注的各類電極材料在二次電池中的應用。
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目錄
前言
第1章 二次電池發(fā)展概要 1
1.1 引言 1
1.2 主要電池體系與研發(fā)進展 2
1.2.1 鋰離子電池 4
1.2.2 鈉離子電池 15
1.2.3 水系鋅離子電池 23
1.3 本章小結 29
參考文獻 30
第2章 電極材料基礎理論 35
2.1 引言 35
2.2 主要電極材料與結構演變 35
2.3 電極材料基礎理論 38
2.3.1 電池理論容量及其計算 38
2.3.2 固態(tài)電子理論基礎 41
2.3.3 固體熱力學理論 47
2.3.4 離子擴散與晶體學理論 50
2.3.5 固體晶體場理論 57
2.4 本章小結 60
參考文獻 61
第3章 電極材料的體相結構與電化學特征 64
3.1 引言 64
3.2 層狀結構電極材料 64
3.2.1 鋰離子間隙層狀材料 64
3.2.2 鋰離子三元正極材料 69
3.2.3 鈉離子間隙層狀材料 71
3.2.4 釩基系列層狀材料 73
3.2.5 碳類材料 76
3.3 通道結構電極材料 80
3.3.1 錳基系列通道型材料 80
3.3.2 釩基系列通道型材料 88
3.3.3 普魯士藍類似物 93
3.4 骨架結構電極材料 95
3.4.1 尖晶石型λ-MnO2 95
3.4.2 尖晶石型LiM2O4 98
3.4.3 橄欖石型LiMPO4 99
3.4.4 NASCION結構化合物 100
3.4.5 氟磷酸鹽和焦磷酸鹽 103
3.5 本章小結 107
參考文獻 108
第4章 電極材料微納結構調控原理 113
4.1 引言 113
4.2 電極材料體相結構的調控 114
4.2.1 離子摻雜與電極材料 114
4.2.2 空位調控與電極材料 118
4.2.3 復相結構構筑與電極材料調控 120
4.3 形貌調控與電極材料 123
4.3.1 零維結構與材料性能的調控 123
4.3.2 一維結構與材料性能的調控 124
4.3.3 二維結構與材料性能的調控 128
4.3.4 三維結構與材料性能的調控 129
4.3.5 MOFs類結構與材料性能的調控 132
4.4 電極材料表界面包覆改性的調控 137
4.4.1 氧化物包覆 137
4.4.2 非氧化物包覆 139
4.4.3 導電有機聚合物包覆 140
4.4.4 碳包覆 142
4.4.5 石墨烯包覆 143
4.5 本章小結 145
參考文獻 145
第5章 電極材料的制備方法 150
5.1 引言 150
5.2 主要制備方法 152
5.2.1 固相反應合成法 152
5.2.2 溶膠-凝膠法 155
5.2.3 水熱法 158
5.2.4 模板法 160
5.2.5 噴霧熱解法 162
5.2.6 靜電紡絲法 164
5.2.7 化學氣相沉積法 167
5.2.8 3D打印法 167
5.2.9 沉淀法 170
5.3 本章小結 171
參考文獻 171
第6章 電極材料主要表征方法 174
6.1 引言 174
6.2 電極材料制備相關的理化表征技術 174
6.2.1 基于質量守恒和能量守恒原理的綜合熱分析 174
6.2.2 基于物質化學鍵合特征的光譜分析 175
6.3 電極材料微結構相關的物理表征技術 190
6.3.1 X射線衍射分析 190
6.3.2 掃描電子顯微鏡分析 192
6.3.3 透射電子顯微鏡分析 195
6.3.4 原子力顯微鏡分析 198
6.4 電池材料的電化學表征 199
6.4.1 充放電測試 199
6.4.2 循環(huán)伏安測試 202
6.4.3 贗電容計算 203
6.4.4 交流阻抗測試 204
6.4.5 恒電流(電壓)間歇滴定測試 207
6.5 本章小結 209
參考文獻 210
第7章 鋰離子電池用磷酸鹽基正極新材料 213
7.1 融熔烴輔助固相法制備8LiFePO4？Li3V2(PO4)3/C復合新材料 213
7.1.1 概要 213
7.1.2 材料制備 213
7.1.3 合成材料結構的評價表征技術 214
7.1.4 合成材料的結構分析與評價表征結果與討論 215
7.1.5 電化學性能與動力學分析的評價表征技術與方法 218
7.1.6 電化學性能與動力學分析的評價表征結果與討論 219
7.1.7 小結 224
7.2 三維結構LiMnPO4？Li3V2(PO4)3/C復合新材料 225
7.2.1 概要 225
7.2.2 材料制備 225
7.2.3 合成材料結構的評價表征技術 225
7.2.4 合成材料結構分析評價表征的結果與討論 226
7.2.5 電化學性能與動力學分析評價表征技術 230
7.2.6 電化學性能與動力學分析的評價表征結果與討論 231
7.2.7 小結 236
7.3 碳膠囊封裝LiMnxFe1–xPO4復合新材料 237
7.3.1 概要 237
7.3.2 材料制備 237
7.3.3 合成材料結構的評價表征技術 238
7.3.4 合成材料結構分析與評價表征結果與討論 238
7.3.5 電化學性能與動力學分析表征技術與方法 246
7.3.6 電化學性能與動力學分析表征的結果與討論 247
7.3.7 小結 250
參考文獻 250
第8章 鋰離子電池用釩基正極新材料 253
8.1 超薄超大V2O5片狀納米新材料 253
8.1.1 概要 253
8.1.2 材料制備 253
8.1.3 合成材料結構的評價表征技術 254
8.1.4 合成材料結構分析評價表征與結果分析討論 254
8.1.5 電化學性能與動力學分析評價表征技術 259
8.1.6 電化學性能與動力學分析評價表征結果與討論 259
8.1.7 小結 262
8.2 納米條帶復合有序組裝K0.25V2O5新材料 262
8.2.1 概要 262
8.2.2 材料制備 263
8.2.3 合成材料結構的評價表征技術 263
8.2.4 合成材料結構分析與評價表征與結果分析討論 263
8.2.5 電化學性能與動力學分析的評價表征技術 267
8.2.6 電化學性能與動力學分析的評價表征結果與討論 267
8.2.7 小結 272
8.3 釩酸鹽三維氣凝膠新材料 273
8.3.1 概要 273
8.3.2 材料制備 273
8.3.3 合成材料結構的評價表征技術 273
8.3.4 合成材料結構分析的評價表征與結果分析討論 274
8.3.5 電化學性能與動力學分析評價表征 277
8.3.6 電化學性能與動力學分析的評價表征結果與討論 278
8.3.7 小結 284
參考文獻 285
第9章 鋰離子電池用MOFs衍生復合新材料 288
9.1 葉片狀三維納米陣列氧化物MOFs復合新材料 288
9.1.1 概要 288
9.1.2 材料制備 288
9.1.3 合成材料結構的評價表征技術 288
9.1.4 合成材料結構分析評價表征結果與分析討論 289
9.1.5 電化學性能與動力學分析技術 294
9.1.6 電化學性能與動力學分析結果與討論 295
9.1.7 小結 299
9.2 八面體狀Cu2S(Se)@C復合新材料 299
9.2.1 概要 299
9.2.2 材料制備 300
9.2.3 合成材料結構的評價表征技術 300
9.2.4 合成材料結構的分析與評價表征結果與討論分析 300
9.2.5 電化學性能與動力學分析技術 304
9.2.6 電化學性能與動力學分析結果與討論 304
9.2.7 小結 306
9.3 MOFs正十二面體狀V2O5@C復合新材料 306
9.3.1 概要 306
9.3.2 材料制備 307
9.3.3 合成材料結構的評價表征技術 308
9.3.4 合成材料結構的分析評價表征結果與分析 308
9.3.5 電化學性能與動力學分析技術和方法 315
9.3.6 電化學性能與動力學分析結果與討論 316
9.3.7 小結 321
參考文獻 321
第10章 鈉離子電池用磷酸鹽基正極新材料 325
10.1 類三維石墨烯籠封裝Na3V2(PO4)3納米片組裝新材料 325
10.1.1 概要 325
10.1.2 材料制備 326
10.1.3 合成材料結構的評價表征技術 326
10.1.4 合成材料結構的評價表征結果與分析討論 327
10.1.5 電化學性能與動力學分析技術和方法 333
10.1.6 電化學性能與動力學分析結果與討論 334
10.1.7 小結 341
10.2 納米片組裝Na3V2(PO4)3/C分級微球新材料 342
10.2.1 概要 342
10.2.2 材料制備 342
10.2.3 合成材料結構的評價表征技術 343
10.2.4 合成材料結構的評價表征結果與分析討論 343
10.2.5 電化學性能與動力學分析技術和方法 352
10.2.6 電化學性能與動力學分析結果與討論 352
10.2.7 小結 361
10.3 三維石墨烯包覆微立方體狀Na3V2(PO4)2F3復合新材料 361
10.3.1 概要 361
10.3.2 材料制備 362
10.3.3 合成材料結構的評價表征技術 363
10.3.4 合成材料結構的評價表征結果與分析討論 363
10.3.5 電化學性能評價表征與動力學分析技術 368
10.3.6 電化學性能評價表征與動力學分析結果與討論 368
10.3.7 小結 376
參考文獻 376
第11章 鈉離子電池用MOFs組裝兩相復合新材料 380
11.1 氧缺陷調MOFs組裝Co3O4/ZnO片狀納米新材料 380
11.1.1 概要 380
11.1.2 材料制備 380
11.1.3 合成材料結構的評價表征技術 381
11.1.4 合成材料結構評價表征結果與分析討論 381
11.1.5 電化學性能測試與動力學分析 387
11.1.6 CV、充放電、倍率充放電測試結果與分析 387
11.1.7 小結 389
11.2 中空氮摻雜碳包覆MOFs組裝Co9S8/ZnS納米片復合新材料 389
11.2.1 概要 389
11.2.2 材料制備 391
11.2.3 合成材料結構的評價表征技術 391
11.2.4 合成材料結構的形成與評價表征結果和分析討論 391
11.2.5 電化學性能與動力學分析表征 396
11.2.6 電化學性能與動力學分析表征結果與討論 396
11.2.7 小結 405
11.3 相界增效CoSe2/ZnSe納米片復合新材料 405
11.3.1 概要 405
11.3.2 材料制備 406
11.3.3 合成材料結構的評價表征技術 406
11.3.4 合成材料結構的評價表征結果與分析討論 407
11.3.5 電化學性能與動力學分析技術 409
11.3.6 電化學性能與動力學分析結果與討論 410
11.3.7 小結 417
參考文獻 417
第12章 水系鋅離子電池用錳基正極新材料 419
12.1 離子摻雜和氧缺陷調控K0.8Mn8O16棒狀納米新材料 419
12.1.1 概要 419
12.1.2 材料制備 419
12.1.3 合成材料結構的評價表征技術 420
12.1.4 合成材料結構評價表征結果與分析討論 420
12.1.5 電化學性能與動力學分析技術和方法 423
12.1.6 電化學性能與動力學分析結果與討論 424
12.1.7 小結 433
12.2 電化學誘導錳缺陷MnO/C納米復合新材料 434
12.2.1 概要 434
12.2.2 材料制備 434
12.2.3 合成材料結構的評價表征技術 434
12.2.4 合成材料結構的評價表征結果與分析討論 435
12.2.5 電化學性能與動力學分析評價表征方法 439
12.2.6 電化學性能與動力學分析評價表征結果與討論 439
12.2.7 小結 451
12.3 原位生成SEI膜的納米Ca2MnO4新材料 451
12.3.1 概要 451
12.3.2 材料制備 452
12.3.3 合成材料結構評價表征技術 452
12.3.4 合成材料結構評價表征結果與分析討論 452
12.3.5 電化學性能與動力學分析技術與方法 458
12.3.6 電化學性能與動力學分析表征結果與分析 458
12.3.7 小結 464
參考文獻 464
第13章 水系鋅離子電池用釩基正極新材料 468
13.1 混合價態(tài)V2O5中空納米球新材料 468
13.1.1 概要 468
13.1.2 材料制備 468
13.1.3 合成材料結構的評價表征技術 468
13.1.4 合成材料結構的評價表征結果與分析討論 469
13.1.5 電化學性能與動力學分析評價表征技術與方法 471
13.1.6 電化學性能與動力學分析評價表征結果與討論 471
13.1.7 小結 478
13.2 晶面間距可調控釩酸銨新材料 478
13.2.1 概要 478
13.2.2 材料制備 479
13.2.3 合成材料結構的評價表征技術 480
13.2.4 合成材料結構的評價表征結果與分析討論 480
13.2.5 電化學性能與動力學分析評價表征技術和方法 482
13.2.6 電化學性能與動力學分析評價表征結果與討論 482
13.2.7 小結 492
13.3 層間預嵌金屬離子MxV2O5？nH2O新材料 492
13.3.1 概要 492
13.3.2 材料制備 493
13.3.3 合成材料結構的評價表征技術 494
13.3.4 合成材料結構的評價表征結果與分析討論 494
13.3.5 電化學性能與動力學分析表征技術和方法 503
13.3.6 電化學性能與動力學分析表征結果與討論 503
13.3.7 小結 511
參考文獻 512
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