電化學儲能器件及關鍵材料（簡體書）

(1)以可逆的化學反應為基礎，便於學生將基礎理論學習中掌握的化學、物理化學等知識與專業知識建立聯繫，並在教材中將可逆化學反應的理論知識補充，進而貫穿於整個教材能源存儲體系的介紹中，便於學生建立完整、系統的知識構架和體系。
(2)摒棄寬泛的羅列能源存儲體系的種類，從突出每一種能源存儲體系與可逆化學或電化學反應為重點選擇教材中詳細闡述的能源體系。以此為基礎，能源存儲體系存在的發展趨勢以及可能出現的新體系，教材的內容具有啟發性。
(3)新發展的儲能體系種類在最近三年的研究進展，如鋰空氣電池、鋅空氣二次電池等，以及最近五年該領域的新型關鍵材料等內容將在教材中占14以上的篇幅，突出材料的發展對儲能體系舉足輕重的作用。

作者連芳于1973年出生，目前是北京科技大學教授，博士生導師，獲得中德聯合培養工學博士學位。從2001年開始電池關鍵材料的研究，主要研究方向是鋰離子電池正極材料、新型電解質材料和鋰空氣電池新體系、資源綜合利用無機生態材料的開發。作為課題負責人先後得到國家自然科學基金、國家863計劃、國家科技支撐計劃、北京市科技計劃、教育部國際合作專項基金以及廣東省產學研重點項目的支持。並先後與美國JohnsonControlBatteryGroupINC.和日本NEC、德國BMW合作研發電池體系關鍵材料，申請國際專利2項。獲得國家發明專利14項，其中4項已轉讓實施，申請發明專利9項。2008年入選北京市科技新星，2012年獲得北京市科學技術獎和中國材料研究學會科學技術一等獎。近五年在ACSappliedmaterials&interfaces,Journalofmembranescience,Journalofpowersources,ElectrochimicaActa,RSCAdvance等期刊上發表相關論文50餘篇，教材及專著3部。其中作為主編之一(周張健、趙海雷、連芳)，編寫的教材《無機非金屬材料工藝學》，2010年1月中國輕工業出版社出版(ISBN978-7-5019-7120-6)，被評為北京市高等教育精品教材。

目錄:

1
新能源時代
6
1.1
能源發展的驅動力...
6

1.2
能源存儲的種類與作用...
8

1.2.1
能源存儲的種類...
9
1.2.2
能源存儲在可再生能源利用中的作用...
10
1.3
機械儲能...
12
1.4
熱電能量存儲...
16
1.5
超導磁儲能...
17
1.6
作業及思考題...
17
2
能量存儲過程的化學反應...
19

2.1
嵌脫反應...
19
2.1.1
嵌脫反應的結構基礎...
19
2.1.2
嵌脫反應熱力學...
21
2.1.3
嵌脫反應動力學...
23
2.1.4
多電子嵌脫反應...
28
2.2
形成反應-合金化反應...
31

2.3
轉換反應-置換反應...
31

2.4
其他可逆反應...
32
2.5
二次電池體系...
34
2.5.1
發展...
34
2.5.2
電池的分類和基本組成...
34
2.5.3
容量...
37
2.5.4
能量與功率...
38
2.5.5
效率、壽命...
40
2.6
作業及思考題...
42
3
電池儲能技術...
44
3.1
電池儲能技術應用前景...
44

3.2
化學電源的熱力學基礎...
45

3.3
鉛酸電池...
46
3.3.1
基本構成和工作原理...
46
3.3.2
鉛酸電池的失效機理...
48
3.3.3
鉛碳電池...
49
3.4
鎳氫電池...
53
3.4.1
基本工作原理...
53
3.4.2
負極材料―儲氫合金...
56
3.4.3
正極材料―氫氧化鎳...
61
3.5
鋰硫電池...
64
3.5.1
工作機理以及存在的問題...
64
3.5.2
正極材料...
68
3.5.3
鋰硫電池電解質...
73
3.6
鋰空氣氧氣電池...
76

3.6.1
分類...
76
3.6.2
非水電解液鋰空氣電池及其工作機理...
79
3.6.3
非水電解液鋰空氣電池的電解質...
81

3.7
固態電池...
84
3.7.1
聚合物固態電解質...
85
3.7.2
無機固態電解質...
90
3.8
鈉電池...
98
3.8.1
高溫鈉電池...
98
3.8.2
中溫鈉電池...
100

3.9
其他電池...
101

3.10
作業及思考題...
101

4
燃料電池
104

4.1
燃料電池體系...
104

4.1.1
燃料電池的構造與種類...
104

4.1.2
燃料電池工作原理...
105

4.2
熔融碳酸鹽型燃料電池...
106

4.2.1
電化學過程及特點...
106

4.2.2
熔融碳酸鹽燃料電池的關鍵材料...
107

4.2.3
影響熔融碳酸鹽燃料電池性能和壽命的主要因素...
110

4.3
質子交換膜型燃料電池...
111

4.3.1
工作原理與特點...
111

4.3.2
電催化劑...
112

4.3.3
質子交換膜...
113
4.3.4
雙極板及其他材料...
114

4.4
固體氧化物燃料電池...
115

4.4.1
組成及工作原理...
115

4.4.2
SOFC固體電解質...
116

4.4.3
陽極材料...
117
4.4.4
陰極材料...
119
4.5
作業及思考題...
120

5
鋰離子電池及其關鍵材料...
121

5.1
鋰離子電池體系...
121

5.2
鋰離子電池的構造...
122

5.2.1
扣式鋰離子電池的組裝...
124

5.2.2
軟包鋰離子電池與鋁塑膜...
127

5.3
鋰離子電池電極材料的特性...
129

5.4
作業及思考題...
132

6
鋰離子電池的正極材料...
133

6.1
LiMO2經典體系...
133

6.1.1
LiCoO2133

6.1.2
高電壓LiCoO2
136

6.1.3
Li(NiMnCo)O2三元體系...
137

6.1.4
高鎳正極材料的改性...
141

6.1.5
Li(NiCoAl)O2高容量體系...
143

6.2
Li1x(NiMnCo)1-xO2富鋰高容量體系...
145

6.2.1
高容量獲取機理...
145

6.2.2
隨循環電壓下降問題...
146

6.3
LiMn2O4150

6.3.1
John-Teller效應...
151

6.3.2
LiMn2O4的電化學性能...
158

6.3.3
高電壓LiNi0.5Mn1.5O2體系...
159

6.4
LiFePO4161

6.4.1
LiMPO4橄欖石結構...
161

6.4.2
LiFePO4電化學性能...
163

6.4.3
LiMPO4F.163

6.5
釩氧化物...
167

6.6
結束語...
171

6.7
作業及思考題...
172

7
鋰離子電池的負極材料...
173

7.1
碳基負極材料...
173

7.1.1
石墨類碳材料...
173
7.1.2
無定形碳材料...
176
7.1.3
碳納米管...
178
7.1.4
碳材料的優化...
179
7.2
鈦的氧化物...
181

7.2.1
Li4Ti5O12負極材料...
181

7.2.2
二氧化鈦負極材料...
182

7.3
錫基負極材料...
184

7.4
矽系列...
185

7.4.1
矽負極...
185
7.4.2
矽薄膜...
186
7.4.3合金..................................................................................
..................................................................................
187
7.5
作業及思考題...
189

8
鋰離子電池電解質和隔膜...
190

8.1
電解質種類...
190

8.2
電解液...
190

8.2.1
電解質鹽...
190
8.2.2
有機溶劑...
203
8.3
離子液體...
205

8.4
聚合物電解質...
207

8.4.1
凝膠聚合物電解質製備方法...
208

8.4.2
凝膠聚合物電解質改性...
209

8.5
電解液安全問題...
211

8.6
鋰離子電池隔膜...
213

8.6.1
聚烯烴隔膜...
213
8.6.2
鋰離子電池隔膜的主要性能指標...
215

8.6.3
鋰離子電池隔膜的預處理方法...
218

8.7
作業及思考題...
226