Intercalation Compounds for Batteries and Hybrid Supercapacitors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Zaghib, K. (EDT)/ Julien, C. M. (EDT)/ Manthiram, A. (EDT)/ Martinez, A. (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:100

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isbn号码:9781604239126

丛书系列:

图书标签:

• Intercalation compounds
• Batteries
• Hybrid supercapacitors
• Energy storage
• Electrochemical performance
• Materials science
• Nanomaterials
• Electrode materials
• Energy conversion
• Chemical intercalation

储能器件材料科学新进展：从理论到应用 本书聚焦于当前高性能储能技术领域的前沿材料科学研究，深入探讨了电池（特别是锂离子电池及其下一代体系）和超级电容器（包括混合型超级电容器）的设计、合成、表征及其在实际器件中的性能优化策略。 第一部分：高性能电极材料的设计与合成 本部分首先系统回顾了传统储能材料的局限性，并在此基础上引入了新型功能材料的设计理念。 第一章：先进锂离子电池正极材料的结构调控与性能提升 本章详细阐述了层状氧化物（如NMC和 NCA系列）、聚阴离子型材料以及尖晶石型材料在循环稳定性、倍率性能和安全特性方面面临的挑战。重点讨论了如何通过表面包覆、元素掺杂（如Mg、Al、Ti等）以及晶体结构重构来调控材料的电化学反应动力学。内容包括： 表面工程学： 探讨了惰性氧化物（如$ ext{Al}_2 ext{O}_3$、$ ext{ZrO}_2$）和导电材料（如碳纳米管、石墨烯）对高镍正极材料界面副反应的抑制作用，以及如何利用原位化学沉积技术实现均匀的界面层构筑。 高电压稳定性的机制研究： 分析了高电压下电解液分解、晶格氧析出等失效机理，并介绍了通过阳离子（如Mn、Co）梯度分布或局部有序化来稳定高电压平台的设计思路。 富锂锰基正极的挑战与机遇： 深入剖析了$ ext{Li}_{1+x} ext{M}_{1-x} ext{O}_2$体系（M=$ ext{Mn}, ext{Ni}, ext{Co}$）的初始容量优势与电压衰减问题，阐述了通过精确控制Li/M比值和缺陷工程来实现高容量和长循环寿命的平衡策略。 第二章：下一代高能量密度负极材料 本章聚焦于超越传统石墨体系的负极材料，主要覆盖硅基和金属氧化物/硫化物负极。 硅基负极的体积膨胀管理： 详述了硅在锂化过程中高达300%的体积变化带来的机械应力问题。详细介绍了多种解决方案： 纳米化结构设计： 如纳米线、纳米球、多孔结构对缓冲应力的作用。 复合材料构建： 如何将硅纳米颗粒与弹性体（如聚合物粘结剂）或高导电网络（如碳基体）进行有效复合，以维持电极的完整性。 固态电解质界面（SEI）的优化： 探讨了不同添加剂或预处理方法如何引导形成更稳定、韧性更好的SEI膜，以适应硅的巨大形变。 过渡金属氧化物/硫化物负极的转化机理与导电性改善： 分析了$ ext{TiO}_2$、$ ext{Fe}_2 ext{O}_3$、$ ext{SnO}_2$等材料的“合金-转化”反应路径，重点讨论了通过调控粒径、引入晶格缺陷或复合导电碳材料来解决其低电子电导率和转化过程中结构粉化的难题。 第三部分：超级电容器的界面与电荷存储 本部分将视角转向了超级电容器（Electric Double-Layer Capacitors, EDLCs）和混合型超级电容器（Hybrid Supercapacitors, HSCs），强调了材料的表面特性和多孔结构对功率密度的影响。 第三章：碳基材料的孔隙工程与电荷转移 本章侧重于活性碳材料作为EDLC电极的性能优化。 孔隙结构与离子传输动力学： 建立了电极孔径分布与电解液离子（特别是大体积有机离子）在不同扫描速率下的嵌入/去嵌入速度之间的定量关系。分析了微孔、介孔和大孔在不同时间尺度下的电荷存储贡献。 导电碳材料的界面修饰： 探讨了通过化学氧化、表面官能团引入（如含氧、含氮基团）对碳材料表面电化学活性的调控，以及如何利用石墨烯、碳纳米管等二维材料构建高导电的三维网络结构，以降低欧姆电阻和提高倍率性能。 赝电容贡献的引入： 讨论了通过在碳骨架上锚定或掺杂过渡金属氧化物（如$ ext{MnO}_2$）或导电聚合物，以实现赝电容和双电层电容的协同作用，从而提高能量密度。 第四章：混合型超级电容器的材料协同与界面兼容性 混合型超级电容器结合了电池型和电容型的优点，实现高能量密度和高功率密度的折中。 电极材料的匹配性研究： 深入分析了电池型（氧化还原活性）和电容型（双电层）电极在工作电压窗口、电流密度响应和寿命周期上的兼容性问题。 固态/凝胶电解质的应用： 探讨了使用聚合物或无机凝胶电解质来构建全固态或半固态混合器件的优势，尤其关注电解质与活性电极界面的离子迁移率和界面阻抗。 高电压跨越式设计： 研究如何通过设计具有更宽电化学稳定窗口的电解质体系，结合具有不同电化学平台的新型正负极材料，以拓宽混合器件的工作电压范围，直接提升能量密度。 第四部分：器件集成与电化学表征技术 本书的最后部分关注如何将优化后的材料转化为高性能器件，并介绍关键的表征技术。 第五章：电芯构建与性能衰减分析 本章从工程角度探讨了电芯级别的设计要素。 极片设计与制造： 分析了浆料配方、涂布密度、辊压工艺对电极结构、孔隙率及离子扩散路径的影响，以及这些因素如何决定最终的功率特性。 热管理与安全评估： 讨论了高能量密度材料（如高镍正极、金属锂负极）在滥用条件下的热失控风险，以及如何通过电解液阻燃添加剂、隔膜改性或导热界面材料来提高器件的固有安全性。 原位/非原位表征技术： 详细介绍了用于诊断储能器件工作状态的关键技术，包括： 电化学阻抗谱（EIS）： 如何通过拟合电路模型来分离界面电荷转移电阻、SEI阻抗和欧姆电阻，用于实时监测老化过程。 原位/在线谱学技术： 如同步辐射X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和X射线吸收谱（XAS），用于实时追踪充放电过程中晶体结构的动态变化和氧化态的演变。 本书旨在为材料科学家、化学工程师以及从事新型储能器件研发的专业人士提供一个全面、深入且与时俱进的技术参考，推动高性能电池和超级电容器的产业化进程。

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