本書介紹了能源存儲與轉換技術的主要類別、基礎理論和基本概念，系統闡述了電化學儲能器件的種類、構造、工作原理、技術優(yōu)勢以及存在的問題，結合該領域的新發(fā)展以及實踐教學積累，重點介紹了電池體系關鍵材料的結構、組分、性能、優(yōu)化和發(fā)展。
可再生能源資源豐富、無污染、具有多途徑利用和可持續(xù)性等優(yōu)勢，近年來其需求增長已成為能源總增量的重要組成。但是，可再生能源的利用往往受到時間、空間和氣候變化等因素的制約，存在間歇性、不穩(wěn)定性和分布不均勻性，電化學儲能器件的迅速發(fā)展將改變可再生清潔能源產生、獲取、利用的方式。本書介紹了電化學能量存儲和轉換過程涉及的熱力學、動力學以及晶體結構的基礎理論知識。緊密結合能源存儲與轉換技術及其材料的最新發(fā)展，詳細介紹了包括鉛酸電池、鉛碳電池、鎳氫電池、鋰硫電池、鋰氧氣／空氣電池、鈉電池、液流電池、燃料電池、鋰離子電池等電化學儲能器件的構造、工作原理、技術優(yōu)勢和存在的問題。同時，本書系統介紹了鋰離子電池體系正極材料、負極材料、隔膜、電解質等關鍵材料的結構、組分、性能、優(yōu)化和發(fā)展。本書力求為學生和技術人員提供電化學存儲技術、器件和關鍵材料的應用基礎知識，適合初涉該領域的學生和技術人員建立知識體系框架和系統學習。
本書能夠出版得益于北京科技大學新能源材料研究室的各位前輩、老師和同事們在教學和科研一線的長期工作積累�？蒲袑嵺`的推進和創(chuàng)新為我們實施研究型教學奠定了堅實的基礎。感謝科技部、教育部、國家自然科學基金委、北京市科委對相關科研工作的資助，感謝電池領域的前輩、校友和朋友們在教學和科研中所給予的提攜、關懷、指點和幫助。感謝北京科技大學對本教材出版的大力支持和資金資助。在教材編寫過程中，連理舒怡、馬磊磊、程嬌揚等同學承擔了大量的工作，收集和整理文獻、規(guī)范圖表和修改文字等，在此一并表示感謝。
盡管我們力求給讀者呈現電化學能源存儲和轉換技術的基本概貌以及新體系和新材料的發(fā)展趨勢，但由于學識有限、內容設置限制，以及近年來相關理論研究和新材料體系的迅速發(fā)展，書中難免有疏漏與不妥之處，還希望本書出版后得到相關專家與讀者的批評指正。
1 新能源時代
1．1 能源發(fā)展的驅動力
1．2 能源存儲的種類與作用
1．2．1 能源存儲的種類
1．2．2 能源存儲在可再生能源利用中的作用
1．3 機械儲能
1．4 熱電能量存儲
1．5 超導磁儲能
思考題與習題
參考文獻
2 電化學儲能基礎
2．1 嵌脫反應
2．1．1 嵌脫反應的結構基礎
2．1．2 嵌脫反應熱力學
2．1．3 嵌脫反應動力學
2．1．4 多電子嵌脫反應
2．2 合金化反應
2．3 轉換反應
2．4 其他反應機理
2．5 二次電池體系
2．5．1 發(fā)展
2．5．2 電池的分類和基本組成
2．5．3 電池熱力學基礎
2．5．4 容量
2．5．5 電壓
2．5．6 能量與功率
2．5．7 效率與壽命
思考題與習題
參考文獻
3 電池儲能技術
3．1 電池儲能技術應用前景
3．2 鉛酸電池
3．2．1 基本構成和工作原理
3．2．2 鉛酸電池的失效機理
3．2．3 鉛碳電池
3．3 鎳氫電池
3．3．1 工作原理
3．3．2 負極材料——儲氫合金
3．3．3 正極材料——氫氧化鎳
3．4 鋰硫電池
3．4．1 工作原理及其存在的問題
3．4．2 正極材料
3．4．3 鋰硫電池電解質
3．5 鋰空氣/氧氣電池
3．5．1 鋰空氣/氧氣電池的發(fā)展和種類
3．5．2 非水電解液鋰空氣電池
3．5．3 非水電解液鋰空氣電池的電解質
3．6 鈉電池
3．6．1 高溫鈉電池
3．6．2 室溫鈉硫電池
3．7 液流電池
3．7．1 全釩液流電池
3．7．2 全釩液流電池的關鍵材料
思考題與習題
參考文獻
4 燃料電池
4．1 燃料電池體系
4．1．1 燃料電池的構造與種類
4．1．2 燃料電池工作原理
4．2 熔融碳酸鹽型燃料電池
4．2．1 電化學過程及特點
4．2．2 熔融碳酸鹽燃料電池的關鍵材料
4．3 質子交換膜型燃料電池
4．3．1 工作原理與特點
4．3．2 電催化劑
4．3．3 質子交換膜
4．4 固體氧化物燃料電池
4．4．1 組成及工作原理
4．4．2 SOFC固體電解質
4．4．3 陽極材料
4．4．4 陰極材料
思考題與習題
參考文獻
5 鋰離子電池
5．1 鋰離子電池的構造
5．2 嵌脫反應的材料基礎
5．3 扣式鋰離子電池的組裝
5．4 軟包鋰離子電池與鋁塑膜
思考題與習題
參考文獻
6 鋰離子電池的正極材料
6．1 LiMO2經典體系
6．1．1 LiCoO2
6．1．2 高電壓LiCoO2
6．1．3 Li（NiCoMn）O2三元體系
6．1．4 高鎳三元正極材料的性能優(yōu)化
6．1．5 Li（NiCoAl）O2高容量體系
6．2 Li1+x（NiMnCo）1-xO2富鋰高容量體系
6．2．1 高容量獲取機理
6．2．2 隨循環(huán)電壓下降問題
6．2．3 表面/界面的特殊性
6．3 LiMn2O4
6．3．1 John-Teller效應
6．3．2 LiMn2O4的電化學性能
6．3．3 高電壓LiNi0．5 Mn1．5 O2體系
6．4 LiFePO4
6．4．1 LiFePO4橄欖石結構
6．4．2 LiMPO4F
6．5 VxO2x+1釩氧化物
思考題與習題
參考文獻
7 鋰離子電池的負極材料
7．1 碳基負極材料
7．1．1 石墨類碳材料
7．1．2 無定形碳材料
7．1．3 碳納米管
7．1．4 石墨烯
7．1．5 碳材料的優(yōu)化
7．2 鈦的氧化物
7．2．1 Li4Ti5O12負極材料
7．2．2 二氧化鈦負極材料
7．3 錫基負極材料
7．4 硅基負極材料
7．4．1 納米硅與SiOx
7．4．2 硅薄膜
7．5 轉換反應型負極材料M3O4
思考題與習題
參考文獻
8 鋰離子電池隔膜
8．1 聚烯烴隔膜
8．2 鋰離子電池隔膜的主要性能指標
8．2．1 厚度、孔徑和孔隙率
8．2．2 潤濕性和吸液率
8．2．3 機械強度
8．2．4 熱性能
8．2．5 化學穩(wěn)定性
8．3 鋰離子電池隔膜的預處理方法
思考題與習題
參考文獻
9 電解質體系
9．1 電解質種類
9．2 液態(tài)電解質
9．2．1 電解質鹽
9．2．2 電解液體系的有機溶劑
9．2．3 電解液安全問題
9．3 凝膠聚合物電解質
9．3．1 凝膠聚合物電解質種類
9．3．2 凝膠聚合物電解質制備方法
9．3．3 凝膠聚合物電解質改性
9．4 固態(tài)聚合物電解質
9．4．1 液態(tài)電解質存在的主要問題
9．4．2 固態(tài)聚合物電解質種類
9．4．3 聚合物-鋰鹽絡合體系
9．4．4 聚氧乙烯PE0基電解質
9．4．5 離子橡膠
9．4．6 單離子導體體系
9．5 無機固態(tài)電解質
9．5．1 固體中原子/離子擴散過程的基本原理
9．5．2 無機晶態(tài)固體電解質材料的結構
9．5．3 摻雜對離子電導率的影響
思考題與習題
參考文獻
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