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隨著鋰資源不足的問題日漸凸顯，發(fā)展不受資源束縛的鈉離子電池逐漸成為新能源行業(yè)的焦點之一。本書分為上、下兩卷，對鈉離子電池的負極材料（石墨、硬碳、合金負極）、正極材料（層狀氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍）、電解液（碳酸酯電解液、醚基電解液、離子液體）、固體電解質(zhì)（聚合物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)）、電池界面、表征手段、理論計算、失效機制、安全性、固態(tài)電池、環(huán)境適應性及生命周期評估、產(chǎn)業(yè)化應用等進行了系統(tǒng)概述，同時對高功率器件、海水電池等技術(shù)進行了介紹。書中對各類關(guān)鍵材料及涉及的基礎(chǔ)科學問題、技術(shù)、理論等研究現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)應用發(fā)展等進行了全面討論，為研究人員提供了鈉離子電池從材料、理論，到技術(shù)與應用的全方位資料，希望能對鈉離子電池的研究發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化略盡綿薄之力。本書適用于從事二次電池、新能源儲能行業(yè)的有關(guān)人員學習參考，也可作為高校新能源相關(guān)專業(yè)師生的參考書。

1.本書旨在提供鈉離子電池材料發(fā)展的新進展，分為上、下兩卷，系統(tǒng)全面闡述了鈉離子電池材料、表征與技術(shù)，提供了從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應用的全方位指南，助力鈉離子電池基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化進程，推動儲能技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。2.本書覆蓋了鈉離子電池的材料、表征、應用、安全、商業(yè)化等相關(guān)內(nèi)容，由來自不同國家的專家們執(zhí)筆，內(nèi)容系統(tǒng)，學術(shù)前沿。（1）材料體系全面覆蓋。聚焦鈉離子電池核心材料，涵蓋石墨、硬碳、合金負極，層狀氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍正極，以及電解液、固體電解質(zhì)等關(guān)鍵組分。通過對比分析鋰/鈉體系差異，揭示材料設(shè)計的科學本質(zhì)，為突破鈉電性能瓶頸提供理論支撐。（2）前沿表征與理論深度結(jié)合。創(chuàng)造性整合X射線/中子散射、核磁共振、對分布函數(shù)（PDF）等表征技術(shù)，結(jié)合密度泛函理論（DFT）與分子動力學模擬，從原子尺度解析鈉離子存儲機制、界面演化及失效行為。書中詳述原位實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)分析方法，為科研人員提供從現(xiàn)象到機理的全流程研究范式。（3）產(chǎn)學研融合導向。不僅涵蓋實驗室級材料探索，更延伸至失效機制、安全性評估、環(huán)境適應性及拓展應用場景（如高功率器件、海水電池）。通過剖析中科海鈉等企業(yè)示范案例，架起基礎(chǔ)研究與工程落地的橋梁，助力讀者把握技術(shù)商業(yè)化脈絡(luò)。3.本書可以幫助科研人員可快速定位領(lǐng)域研究空白，啟發(fā)創(chuàng)新方向；可以幫助工程技術(shù)人員熟悉工藝開發(fā)與性能提升；可以幫助高校師生深化知識理解；可以幫助政策制定與投資者厘清技術(shù)經(jīng)濟性，規(guī)避投資風險。

針對鈉離子電池的研究早在20世紀70年代就和鋰離子電池幾乎同時展開，然而，由于其性能原因，幾十年來研究工作一度停滯不前，直到2010年前后才又掀起研究的熱潮。目前，鈉離子電池已經(jīng)是非常熱門和活躍的研究領(lǐng)域，其主要目的是基于豐產(chǎn)和不受資源束縛的電池技術(shù)，發(fā)展其儲能化學及工藝制造技術(shù)。鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相同，也都是基于嵌脫型的電極材料及有機電解液體系，可以直接借鑒許多現(xiàn)成的原理和經(jīng)驗，這也是鈉離子電池材料研究發(fā)展如此迅速的重要原因。此外，鈉離子電池與鋰離子電池的生產(chǎn)制造工藝及技術(shù)相同，極大地降低了鈉離子電池大規(guī)模制造時的技術(shù)壁壘，這也是相比其他電池技術(shù)的一個重要優(yōu)勢。鋰資源相對稀缺，已被歐盟列為關(guān)鍵原材料，而鈉資源是鋰的1000多倍，且在全球分布廣泛，因此不像鋰離子電池那樣可能面臨原材料的供應問題。然而，值得注意的是，由于堿金屬在電池重量中占比很小，僅僅是將鋰替換成鈉來開發(fā)可持續(xù)的電池技術(shù)遠遠不夠，還需要盡量規(guī)避例如鈷等其他的關(guān)鍵原材料。鋰離子電池中的銅集流體可以被更加廉價、豐產(chǎn)和易循環(huán)利用的鋁來代替，并且鈉離子電池正極材料的選擇也更加豐富，可以利用許多如鐵、錳、銅等元素來代替鋰離子電池中常用的鈷、鎳等元素（鈷也被歐盟列為關(guān)鍵原材料，而McKinsey預測到2030年鎳的需求會增長25倍）。近些年的芯片危機無疑明確了世界經(jīng)濟的脆弱以及其對材料供應的高度依賴性，而更加多樣性的電池化學可以更好地規(guī)避未來材料供應鏈的波動問題。盡管具體的電芯情況可能不同，但受限于更低的電壓，鈉離子電池的能量密度相比鋰離子電池總體低20%左右。鈉離子電池可與磷酸鐵鋰基的鋰離子電池性能相當，但歐盟也將磷礦資源列為了關(guān)鍵原材料。而與目前和鋰離子電池共同被廣泛使用的鉛酸電池相比，鈉離子電池具有顯著提升的能量密度。因此，鈉離子電池的主要應用場景不在于超越鋰離子電池，而更適合大規(guī)模儲能及小型電動汽車。令人振奮的是，全球已有多家企業(yè)活躍在鈉離子電池材料與技術(shù)的發(fā)展上。Faradion（Reliance）、AMTE、Tiamat和中科海鈉展示了不同的技術(shù)路線，開展了多項應用示范。Natron Energy也開發(fā)了針對高功率應用場景的鈉離子電池產(chǎn)品。中科海鈉于2018年推出了搭載80A·h鈉離子電池的微型電動汽車，并于2019年和2021年分別投運100kW·h和1MW·h鈉離子電池儲能系統(tǒng)。該公司發(fā)布的軟包鈉離子電池平均工作電壓3.2V，能量密度145W·h/kg，2C充放電倍率下循環(huán)4500次容量保持率83%，并可在?40℃環(huán)境下運行。盡管此前人們一致認為鈉離子電池的主要市場是在儲能領(lǐng)域，但動力電池龍頭企業(yè)CATL于近期宣布，將開發(fā)鋰/鈉離子電池混用電池包用于電動汽車市場，其中鈉離子電池可提供更高的功率及更好的低溫性能，而鋰離子電池可以保障足夠高的整體能量密度，從而將兩種電池技術(shù)的優(yōu)勢結(jié)合起來。一眾企業(yè)宣布了將在未來幾年實現(xiàn)鈉離子電池的量產(chǎn)，我們也對鈉離子電池能否在競爭的環(huán)境中實現(xiàn)真正的應用拭目以待。如前文所述，不受資源束縛是大力發(fā)展鈉離子電池的一個重要原因。從科學的角度，由于鈉離子比鋰離子大30%左右，將鋰替代成鈉也會帶來很多問題。不同的尺寸所導致的極化會極大影響離子擴散、材料相變、溶劑化結(jié)構(gòu)、吉布斯自由能和電荷轉(zhuǎn)移等。更大尺寸的鈉離子會帶來更多有利還是不利的性質(zhì)是一個關(guān)鍵的問題。本書旨在提供鈉離子電池材料發(fā)展的新進展，分為上、下兩卷。上卷首先介紹和討論了石墨、硬碳、合金這些負極材料；并且概括了重要的正極材料，包括層狀氧化物、聚陰離子化合物和普魯士藍；接下來介紹了應用于鈉離子電池研究的表征手段，包括X射線/中子散射、核磁共振、對分布函數(shù)和理論計算等。下卷首先討論了碳酸酯基和醚基電解液、離子液體、聚合物電解質(zhì)以及氧化物固體電解質(zhì)；然后介紹了鈉離子電池的失效機制、安全性以及制造技術(shù)和環(huán)境相關(guān)內(nèi)容；最后介紹了高功率器件、海水電池和全固態(tài)電池。由衷地感謝所有作者在本書編寫中付出的努力以及提供的專業(yè)意見，希望本書的內(nèi)容能夠給鈉離子電池的研究人員帶來一定的幫助與支持。衷心希望鈉離子電池未來可期。編　者

譯者序前言第11章　鈉離子電池醚類和酯類電解液　// 111.1　概述　// 111.2　鈉離子電池酯類電解液　// 211.3　鈉離子電池醚類電解液　// 1011.4　總結(jié)與展望　// 15參考文獻　// 15第12章　離子液體及聚合物基電解質(zhì)在鈉電池中的應用　// 2112.1　概述　// 2112.2　鈉離子基離子液體電解質(zhì)　// 2212.2.1　離子液體電解質(zhì)化學及物化性能　// 2212.2.2　離子液體電解質(zhì)在鈉二次電池中的應用　// 2712.2.3　使用離子液體電解質(zhì)的鈉離子二次電池界面研究　// 3112.3　固態(tài)凝膠聚合物電解質(zhì)　// 3312.4　鈉電池電解液分子模擬　// 3612.4.1　鈉離子物理化學性質(zhì)　// 3612.4.2　鈉電池超濃離子液體　// 3612.4.3　鈉電池聚合物電解質(zhì)　// 3912.5　總結(jié)與展望　// 41縮略詞　// 42參考文獻　// 42第13章　鈉電池固態(tài)電解質(zhì)材料氧化物鈉離子導體的發(fā)展歷程及性質(zhì)　// 5013.1　概述　// 5013.2　/-氧化鋁　// 5113.3　NaSICON材料　// 5413.4　Na5YSi4O12型硅酸鹽　// 5613.5　離子電導率　// 5713.6　熱膨脹　// 6113.7　微觀結(jié)構(gòu)與加工　// 6313.8　電池發(fā)展現(xiàn)狀　// 6613.9　總結(jié)與展望　// 68參考文獻　// 69第14章　鈉離子電池中的聚合物　// 82I　鈉離子電池電極中的聚合物　// 8214.1　電池電極簡介　// 8214.2　作為活性材料的聚合物　// 8314.2.1　含羰基官能團的聚合物　// 8314.2.2　席夫堿聚合物　// 8714.2.3　導電聚合物　// 8714.2.4　有機自由基聚合物　// 8814.2.5　氧化還原活性共價有機框架　// 8814.2.6　聚合物作為活性材料的總結(jié)　// 9014.3　作為活性材料前驅(qū)體的聚合物　// 9014.4　聚合物作為黏結(jié)劑　// 9014.4.1　黏結(jié)劑的作用　// 9014.4.2　黏結(jié)機制　// 9314.4.3　黏結(jié)劑性能　// 9514.4.4　正極黏結(jié)劑　// 9714.4.5　負極黏結(jié)劑　// 9714.4.6　先進黏結(jié)劑的設(shè)計策略　// 10014.4.7　聚合物作為黏結(jié)劑的總結(jié)　// 103Ⅱ　聚合物在鈉離子電池電極-電解質(zhì)界面中的應用　// 10314.5　界面設(shè)計注意事項　// 10314.6　聚合物添加劑和寡聚物電解質(zhì)　// 10514.7　鈉金屬電極上的聚合物界面　// 10614.8　原位聚合的ASEIs和復合的ASEIs　// 10614.9　界面聚合物層的插入　// 107Ⅲ　鈉離子電池電解質(zhì)中的聚合物　// 10914.10　電解質(zhì)概述　// 10914.11　聚合物隔膜　// 11014.12　聚合物電解質(zhì)　// 11214.12.1　固態(tài)聚合物電解質(zhì)　// 11314.12.2　復合聚合物電解質(zhì)　// 11414.12.3　有機凝膠和離子凝膠聚合物電解質(zhì)　// 11814.12.4　生物聚合物電解質(zhì)　// 12014.12.5　離子聚合物：聚陰離子和交聯(lián)離聚物　// 12114.13　全聚合物的鈉離子電池　// 12314.14　結(jié)論　// 125參考文獻　// 125第15章　固態(tài)鈉電池　// 142Ⅰ　固態(tài)電池架構(gòu)優(yōu)勢　// 14315.1　能量密度　// 14315.2　功率密度　// 14615.3　安全性　// 14615.4　長循環(huán)穩(wěn)定性　// 147Ⅱ　無機固體電解質(zhì)的離子電導率　// 14715.5　陰離子和遷移陽離子亞晶格　// 14815.6　離子遷移率　// 14915.6.1　電導率基本公式　// 14915.6.2　在無機固體電解質(zhì)中的遷移路徑　// 15015.6.3　從隨機游走理論到Arrhenius型關(guān)系的電導率　// 15015.7　超離子導體設(shè)計　// 15315.7.1　通過增加缺陷濃度增加離子電導率　// 15315.7.2　悖論：為什么降低遷移的能量屏障并不能總是提高離子電導率　// 15515.7.3　關(guān)于可移動陽離子阻礙的更普遍概念　// 15615.8　微尺度/亞尺度的離子電導率　// 15715.8.1　多晶型無機固體電解質(zhì)　// 15715.8.2　無機固體電解質(zhì)的阻抗譜　// 159Ⅲ　電極-無機固體電解質(zhì)界面　// 16115.9　電極/固體電解質(zhì)界面穩(wěn)定性　// 16215.9.1　電化學反應　// 16215.9.2　化學反應　// 16515.10　界面電阻　// 16715.11　在剝離條件下金屬負極|ISE界面的動力學　// 16815.11.1　剝離過程中界面接觸損失的實驗證據(jù)　// 16815.11.2　剝離的理論模型　// 16915.11.3　阻止空隙形成的方法　// 17215.12　金屬負極|ISE界面在電沉積條件下的動力學　// 17415.13　正極|ISE界面機械穩(wěn)定性　// 17715.13.1　鄰接相的機械性能　// 17715.13.2　正極復合物的微結(jié)構(gòu)、加工途徑和復合　// 178Ⅳ　Na-ISE家族索引　// 17915.14　氧化物ISE　// 17915.14.1　Na-/-氧化鋁　// 17915.14.2　NaSICONs　// 18015.14.3　氧化物ISE的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)　// 18015.15　硫化物與硒化物　// 18115.16　硼氫化物和衍生物　// 18215.17　鹵化物　// 18315.18　總結(jié)　// 183參考文獻　// 183第16章　鈉離子電池的老化、退化、失效機制與安全　// 19316.1　概述　// 19316.2　老化（循環(huán)壽命和日歷壽命）　// 19316.3　組件保存期和穩(wěn)定性　// 19516.3.1　陰極成分　// 19516.3.2　電解質(zhì)　// 19516.4　電池性能和壽命　// 19516.4.1　界面穩(wěn)定性（陽極和陰極）　// 19616.4.2　電解質(zhì)穩(wěn)定性　// 19816.4.3　電極材料的退化　// 19816.4.4　隔膜退化　// 20016.5　安全性　// 20016.5.1　電池退化對其安全性和耐濫用性的影響　// 20016.5.2　電池失效和耐濫用性　// 20316.5.3　安全運輸　// 20816.6　總結(jié)　// 209常用縮寫詞　// 210參考文獻　// 211第17章　鈉離子電池的環(huán)境適應性與生命周期評估發(fā)展現(xiàn)狀　// 21717.1　概述　// 21717.1.1　背景介紹　// 21717.1.2　生命周期評估　// 21817.2　鋰離子電池和鈉離子電池的環(huán)境影響現(xiàn)狀　// 21917.2.1　當前與鋰離子電池有關(guān)的環(huán)境問題和生命周期評估研究　// 21917.2.2　鈉離子電池的環(huán)境績效現(xiàn)狀　// 22017.3　鈉離子電池的生命周期評估現(xiàn)狀更新　// 22217.3.1　評估框架　// 22317.3.2　電池模型　// 22317.3.3　生命周期評估的結(jié)果　// 22417.4　討論　// 22617.5　結(jié)論　// 228致謝　// 229參考文獻　// 229第18章　室溫鈉離子電池的應用　// 23418.1　鈉離子電池技術(shù)研究的里程碑　// 23418.2　鈉離子電池研發(fā)公司的發(fā)展狀態(tài)　// 23618.2.1　歐洲公司　// 23618.2.2　美國公司　// 23718.2.3　中國公司　// 23718.2.4　日本公司　// 24018.3　鈉離子電池和其他可充電電池的對比及其潛在市場　// 24118.4　對不同應用的潛在鈉離子電池產(chǎn)品的特定要求　// 24218.5　有限且分布不均的鋰資源　// 24318.6　各國政府對鈉離子電池商業(yè)化的支持　// 24418.6.1　歐洲　// 24418.6.2　美國　// 24418.6.3　中國　// 24518.7　總結(jié)和展望　// 245參考文獻　// 245第19章　高功率鈉離子電池與鈉離子電容器　// 24719.1　鈉離子電池及其高功率應用　// 24719.1.1　鈉離子電池負極材料　// 24719.1.2　鈉離子電池正極材料　// 25219.2　鈉離子電容器（NICs）　// 25519.3　高功率體系電解液　// 25819.4　結(jié)論　// 261參考文獻　// 261第20章　可充電海水電池　// 27020.1　概述　// 27020.2　可充電海水電池的基本信息　// 27120.2.1　海水電池的歷史　// 27120.2.2　工作原理及電池部件　// 27220.2.3　正極反應　// 27320.3　可充電海水電池的材料　// 27720.3.1　正極　// 27720.3.2　固態(tài)電解質(zhì)　// 28120.3.3　負極　// 28320.4　電池制造與應用　// 28920.4.1　紐扣電池設(shè)計　// 28920.4.2　方形電池與組件設(shè)計　// 28920.4.3　應用　// 29320.5　挑戰(zhàn)與展望　// 29420.5.1　正極　// 29420.5.2　固態(tài)電解質(zhì)　// 29520.5.3　負極　// 29520.5.4　電池生產(chǎn)　// 295致謝　// 296參考文獻　// 296

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