钠离子电池:材料、表征与技术. 上卷 玛拉-马格达莱纳·蒂廷斯 锂资源不足 新能源行业 负极材料 石墨 硬碳

商品名称：

钠离子电池：材料、表征与技术. 上卷

作 者：

（罗）玛 拉-马格达莱纳·蒂廷斯（Maria-Magdalena Titirici）， （德）菲利普·阿德尔海姆（Philipp Adelhelm），胡勇 胜主编；谢飞等译

市 场 价：

159.90元

ISBN 号：

978-7-111-77320-7

出版日期：

2025年5月第1版第1次印刷

开 本：

184mm×260mm · 17.25印张 · 412千字

出 版 社：

机械工业出版社

译者序

前言

第1章 钠离子电池石墨负极 // 1

1.1 概述 // 1

1.2 石墨与石墨嵌入化合物（GIC） // 1

1.3 石墨作为锂/钠离子负极材料 // 3

1.3.1 石墨在锂离子电池中的应用（富锂二元GIC） // 3

1.3.2 在钠离子电池中使用石墨的问题（缺乏富钠二元GIC） // 4

1.3.3 在钠离子电池中使用石墨的解决策略（利用富钠的三元GIC） // 4

1.4 石墨在钠离子电池中应用的最新进展 // 6

1.4.1 循环过程中晶格和电极膨胀 // 6

1.4.2 电解质影响 // 8

1.4.3 温度影响 // 9

1.4.4 理化性质 // 10

1.4.5 SEI // 12

1.4.6 增加容量 // 13

1.5 展望 // 14

参考文献 // 14

第2章 钠离子电池硬碳负极 // 20

2.1 概述 // 20

2.2 硬碳结构特征 // 22

2.3 硬碳材料表征 // 22

2.3.1 碳层间距及无序度 // 23

2.3.2 缺陷表征 // 25

2.3.3 孔结构表征 // 27

2.3.4 表面成分及电极-电解液界面表征 // 28

2.3.5 其他原位/非原位表征技术应用 // 29

2.4 硬碳储钠机理 // 31

2.5 钠离子电池硬碳负极分类 // 33

2.5.1 生物质衍生硬碳 // 33

2.5.2 杂原子掺杂硬碳 // 35

2.5.3 其他硬碳材料 // 39

2.5.4 软硬碳复合材料 // 40

2.6 总结与展望 // 41

附录 常用缩写词 // 42

参考文献 // 42

第3章 钠离子电池合金型负极 // 48

3.1 概述 // 48

3.2 合金型负极材料面临的主要挑战 // 48

3.2.1 体积膨胀 // 48

3.2.2 不稳定的SEI膜 // 49

3.2.3 电压滞后 // 49

3.2.4 电化学反应机理 // 50

3.3 高性能合金型负极的实现策略 // 50

3.3.1 纳米结构 // 50

3.3.2 形貌和电极结构调控 // 51

3.3.3 结构工程 // 51

3.3.4 表面工程 // 52

3.3.5 复合材料设计 // 52

3.4 合金负极改性 // 53

3.4.1 磷（P） // 53

3.4.2 硅（Si） // 56

3.4.3 锡（Sn） // 56

3.4.4 锗（Ge） // 58

3.4.5 锑（Sb） // 59

3.4.6 铋（Bi） // 61

3.4.7 金属间化合物 // 63

3.5 总结 // 64

参考文献 // 65

第4章 钠基层状氧化物正极材料 // 73

4.1 结构类型 // 74

4.2 高电压镍基层状氧化物 // 76

4.2.1 概述 // 76

4.2.2 一元Ni基层状氧化物 // 76

4.2.3 二元Ni/Fe基层状氧化物 // 77

4.2.4 二元Ni/Mn基层状氧化物 // 77

4.2.5 结论与展望 // 81

4.3 低成本Mn及Fe基层状氧化物 // 81

4.3.1 概述 // 81

4.3.2 一元Mn和Fe基层状氧化物 // 82

4.3.3 二元Mn/Fe基层状氧化物 // 83

4.3.4 掺杂的二元Mn/Fe基层状氧化物 // 85

4.3.5 结论与展望 // 87

4.4 阴离子参与氧化还原的层状正极材料 // 87

4.4.1 概述 // 87

4.4.2 增强氧的氧化还原活性及其可逆性的方法 // 88

4.4.3 结论与展望 // 92

4.5 总结与未来发展趋势 // 92

参考文献 // 92

第5章 钠离子电池聚阴离子类磷酸盐正极材料 // 102

5.1 引言 // 102

5.2 磷酸盐类电极材料 // 104

5.2.1 过渡金属磷酸钠（PO43−） // 104

5.2.2 过渡金属偏磷酸钠(PO43−)3 // 106

5.2.3 过渡金属焦磷酸钠（P2O74−） // 108

5.2.4 过渡金属氧磷酸钠（OPO4） // 110

5.2.5 过渡金属氟磷酸钠 // 112

5.2.6 氟化氧磷酸钒钠Na3V2(PO4)2F3−xOx(0≤x≤2) // 113

5.2.7 过渡金属亚硝酸钠Na2MⅡ2(PO3)3N和Na3MⅢ(PO3)3N // 116

5.3 混合聚阴离子类电极材料 // 117

5.3.1 磷酸盐-焦磷酸盐混合聚阴离子化合物[(PO4)(P2O7)] // 117

5.3.2 碳酸盐-磷酸盐混合聚阴离子化合物[(CO3)(PO4)] // 121

5.4 总结与展望 // 122

参考文献 // 125

第6章 钠离子电池的普鲁士蓝电极 // 133

6.1 概述 // 133

6.2 结构与化学键 // 133

6.3 影响电化学行为的因素 // 135

6.3.1 结构转变 // 135

6.3.2 空位和水分子 // 136

6.4 合成策略 // 137

6.4.1 溶液共沉积法 // 137

6.4.2 水热法/溶剂热法 // 137

6.4.3 电镀 // 138

6.5 水性钠离子电池 // 138

6.5.1 单氧化还原PBA // 138

6.5.2 多电子氧化还原PBA // 139

6.5.3 全PBA水性钠离子全电池（ASIB） // 140

6.6 非水性SIB // 141

6.6.1 NaxM[Fe(CN)6]−单氧化还原位点 // 141

6.6.2 NaxM[Fe(CN)6]−多氧化还原位点 // 143

6.6.3 NaxM[A(CN)6]−改变C-配位金属 // 144

6.7 商业化实用性 // 145

6.8 挑战和未来方向 // 145

参考文献 // 146

第7章 利用原位X射线和中子散射技术从原子尺度研究

钠离子电池 // 151

7.1 原位研究的重要性和优点 // 151

7.2 原位X射线粉末衍射 // 154

7.2.1 X射线源和探测器的选择 // 154

7.2.2 设计基于X射线粉末衍射的原位电池 // 156

7.2.3 构建适用于原位X射线衍射实验的钠离子电池 // 157

7.2.4 X射线粉末衍射数据的分析 // 159

7.3 基于原位X射线粉末衍射技术研究钠离子电池的实例 // 160

7.4 能提供结构信息的其他原位技术 // 162

7.4.1 中子粉末衍射 // 162

7.4.2 利用全散射和对分布函数分析局域原子结构 // 163

参考文献 // 166

第8章 钠离子电池的核磁共振研究 // 170

8.1 概述 // 170

8.2 电池材料的NMR相互作用 // 171

8.2.1 四极相互作用 // 171

8.2.2 顺磁作用 // 173

8.2.3 奈特位移 // 174

8.3 电池材料NMR谱的采集 // 175

8.3.1 魔角旋转 // 175

8.3.2 电池材料的非原位NMR表征 // 177

8.3.3 电化学池的工况原位/现场原位NMR检测 // 178

8.4 案例 // 180

8.4.1 碳基负极的嵌钠反应 // 180

8.4.2 正极材料的固体NMR研究 // 188

8.4.3 NaPF6−基电解液的分解 // 192

8.5 总结与展望 // 194

参考文献 // 195

第9章 钠离子电池电极材料模拟 // 203

9.1 概述 // 203

9.2 密度泛函理论和分子动力学模拟 // 203

9.2.1 DFT模拟中的近似值 // 204

9.2.2 吸附能和插层能 // 204

9.2.3 相稳定性 // 205

9.2.4 电压曲线 // 205

9.2.5 钠迁移和扩散 // 205

9.3 正极材料 // 206

9.3.1 层状正极材料 // 206

9.3.2 聚阴离子正极材料 // 209

9.3.3 普鲁士蓝类似物 // 214

9.4 负极材料 // 215

9.4.1 碳基负极材料 // 215

9.4.2 二维负极材料 // 218

9.4.3 层状负极材料 // 220

9.4.4 合金钠离子电池负极材料 // 225

9.5 总结 // 228

致谢 // 229

参考文献 // 229

第10章 对分布函数在钠离子电池研究中的应用 // 237

10.1 全散射及对分布函数（PDF）简介 // 237

10.1.1 常规晶体分析（布拉格衍射）和全散射 // 237

10.1.2 对分布函数的定义 // 238

10.1.3 获得对分布函数的实验方法 // 239

10.1.4 电池材料数据收集方法 // 240

10.2 分析对分布函数 // 242

10.2.1 独立于模型的分析 // 242

10.2.2 PDF分析建模 // 243

10.3 钠离子对分布函数分析电池材料 // 245

10.3.1 硬碳阳极 // 245

10.3.2 锡阳极 // 250

10.3.3 锑阳极 // 252

10.3.4 Na(Ni2/3Sb1/3)O2中的局域阳离子有序度 // 254

10.3.5 水钠锰矿材料 // 255

10.3.6 电解质 // 257

10.4 对分布函数应用的前景 // 258

参考文献 // 259

随着锂资源不足的问题日渐凸显，发展不受资源束缚的钠离子电池逐渐成为新能源行业的焦点之一。本书分为上、下两卷，对钠离子电池的负极材料（石墨、硬碳、合金负极）、正极材料（层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝）、电解液（碳酸酯电解液、醚基电解液、离子液体）、固体电解质（聚合物电解质、氧化物电解质）、电池界面、先进表征手段、理论计算、失效机制、安全性、固态电池、环境适应性及生命周期评估、产业化应用等进行了系统概述，同时对高功率器件、海水电池等技术进行了介绍。书中对各类关键材料及涉及的基础科学问题、技术、理论等研究现状和产业应用发展等进行了全面讨论，为研究人员提供了钠离子电池从材料、理论，到技术与应用的全方位资料，希望能对钠离子电池的研究发展和产业化略尽绵薄之力。

本书适用于从事二次电池、新能源储能行业的有关人员学习参考，也可作为高校新能源相关专业师生的参考书。