钠离子电池：材料、表征与技术（下卷）

1.本书旨在提供钠离子电池材料发展的新进展，分为上、下两卷，系统全面阐述了钠离子电池材料、表征与技术，提供了从基础研究到产业应用的全方位指南，助力钠离子电池基础研究与产业化进程，推动储能技术创新发展。
2.本书覆盖了钠离子电池的材料、表征、应用、安全、商业化等相关内容，由来自不同国家的专家们执笔，内容系统，学术前沿。
（1）材料体系全面覆盖。聚焦钠离子电池核心材料，涵盖石墨、硬碳、合金负极，层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝正极，以及电解液、固体电解质等关键组分。通过对比分析锂/钠体系差异，揭示材料设计的科学本质，为突破钠电性能瓶颈提供理论支撑。
（2）前沿表征与理论深度结合。创造性整合X射线/中子散射、核磁共振、对分布函数（PDF）等表征技术，结合密度泛函理论（DFT）与分子动力学模拟，从原子尺度解析钠离子存储机制、界面演化及失效行为。书中详述原位实验设计与数据分析方法，为科研人员提供“从现象到机理”的全流程研究范式。
（3）产学研融合导向。不仅涵盖实验室级材料探索，更延伸至失效机制、安全性评估、环境适应性及拓展应用场景（如高功率器件、海水电池）。通过剖析中科海钠等企业示范案例，架起基础研究与工程落地的桥梁，助力读者把握技术商业化脉络。
3.本书可以帮助科研人员可快速定位领域研究空白，启发创新方向；可以帮助工程技术人员熟悉工艺开发与性能提升；可以帮助高校师生深化知识理解；可以帮助政策制定与投资者厘清技术经济性，规避投资风险。

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、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。

译者序
前言
第11章　钠离子电池醚类和酯类电解液　// 1
11.1　概述　// 1
11.2　钠离子电池酯类电解液　// 2
11.3　钠离子电池醚类电解液　// 10
11.4　总结与展望　// 15
参考文献　// 15
第12章　离子液体及聚合物基电解质在钠电池中的应用　// 21
12.1　概述　// 21
12.2　钠离子基离子液体电解质　// 22
12.2.1　离子液体电解质化学及物化性能　// 22
12.2.2　离子液体电解质在钠二次电池中的应用　// 27
12.2.3　使用离子液体电解质的钠离子二次电池界面研究　// 31
12.3　固态凝胶聚合物电解质　// 33
12.4　钠电池电解液分子模拟　// 36
12.4.1　钠离子物理化学性质　// 36
12.4.2　钠电池超浓离子液体　// 36
12.4.3　钠电池聚合物电解质　// 39
12.5　总结与展望　// 41
缩略词　// 42
参考文献　// 42
第13章　钠电池固态电解质材料—氧化物钠离子导体的发展历程及性质　// 50
13.1　概述　// 50
13.2　β/β″-氧化铝　// 51
13.3　NaSICON材料　// 54
13.4　Na5YSi4O12型硅酸盐　// 56
13.5　离子电导率　// 57
13.6　热膨胀　// 61
13.7　微观结构与加工　// 63
13.8　电池发展现状　// 66
13.9　总结与展望　// 68
参考文献　// 69
第14章　钠离子电池中的聚合物　// 82
I　钠离子电池电极中的聚合物　// 82
14.1　电池电极简介　// 82
14.2　作为活性材料的聚合物　// 83
14.2.1　含羰基官能团的聚合物　// 83
14.2.2　席夫碱聚合物　// 87
14.2.3　导电聚合物　// 87
14.2.4　有机自由基聚合物　// 88
14.2.5　氧化还原活性共价有机框架　// 88
14.2.6　聚合物作为活性材料的总结　// 90
14.3　作为活性材料前驱体的聚合物　// 90
14.4　聚合物作为黏结剂　// 90
14.4.1　黏结剂的作用　// 90
14.4.2　黏结机制　// 93
14.4.3　黏结剂性能　// 95
14.4.4　正极黏结剂　// 97
14.4.5　负极黏结剂　// 97
14.4.6　先进黏结剂的设计策略　// 100
14.4.7　聚合物作为黏结剂的总结　// 103
Ⅱ　聚合物在钠离子电池电极-电解质界面中的应用　// 103
14.5　界面设计注意事项　// 103
14.6　聚合物添加剂和寡聚物电解质　// 105
14.7　钠金属电极上的聚合物界面　// 106
14.8　原位聚合的ASEIs和复合的ASEIs　// 106
14.9　界面聚合物层的插入　// 107
Ⅲ　钠离子电池电解质中的聚合物　// 109
14.10　电解质概述　// 109
14.11　聚合物隔膜　// 110
14.12　聚合物电解质　// 112
14.12.1　固态聚合物电解质　// 113
14.12.2　复合聚合物电解质　// 114
14.12.3　有机凝胶和离子凝胶聚合物电解质　// 118
14.12.4　生物聚合物电解质　// 120
14.12.5　离子聚合物：聚阴离子和交联离聚物　// 121
14.13　全聚合物的钠离子电池　// 123
14.14　结论　// 125
参考文献　// 125
第15章　固态钠电池　// 142
Ⅰ　固态电池架构优势　// 143
15.1　能量密度　// 143
15.2　功率密度　// 146
15.3　安全性　// 146
15.4　长循环稳定性　// 147
Ⅱ　无机固体电解质的离子电导率　// 147
15.5　阴离子和迁移阳离子亚晶格　// 148
15.6　离子迁移率　// 149
15.6.1　电导率基本公式　// 149
15.6.2　在无机固体电解质中的迁移路径　// 150
15.6.3　从随机游走理论到Arrhenius型关系的电导率　// 150
15.7　超离子导体设计　// 153
15.7.1　通过增加缺陷浓度增加离子电导率　// 153
15.7.2　悖论：为什么降低迁移的能量屏障并不能总是提高离子电导率　// 155
15.7.3　关于可移动阳离子阻碍的更普遍概念　// 156
15.8　微尺度/亚尺度的离子电导率　// 157
15.8.1　多晶型无机固体电解质　// 157
15.8.2　无机固体电解质的阻抗谱　// 159
Ⅲ　电极-无机固体电解质界面　// 161
15.9　电极/固体电解质界面稳定性　// 162
15.9.1　电化学反应　// 162
15.9.2　化学反应　// 165
15.10　界面电阻　// 167
15.11　在剥离条件下金属负极|ISE界面的动力学　// 168
15.11.1　剥离过程中界面接触损失的实验证据　// 168
15.11.2　剥离的理论模型　// 169
15.11.3　阻止空隙形成的方法　// 172
15.12　金属负极|ISE界面在电沉积条件下的动力学　// 174
15.13　正极|ISE界面机械稳定性　// 177
15.13.1　邻接相的机械性能　// 177
15.13.2　正极复合物的微结构、加工途径和复合　// 178
Ⅳ　Na-ISE家族索引　// 179
15.14　氧化物ISE　// 179
15.14.1　Na-β/β′′-氧化铝　// 179
15.14.2　NaSICONs　// 180
15.14.3　氧化物ISE的优势与挑战　// 180
15.15　硫化物与硒化物　// 181
15.16　硼氢化物和衍生物　// 182
15.17　卤化物　// 183
15.18　总结　// 183
参考文献　// 183
第16章　钠离子电池的老化、退化、失效机制与安全　// 193
16.1　概述　// 193
16.2　老化（循环寿命和日历寿命）　// 193
16.3　组件保存期和稳定性　// 195
16.3.1　阴极成分　// 195
16.3.2　电解质　// 195
16.4　电池性能和寿命　// 195
16.4.1　界面稳定性（阳极和阴极）　// 196
16.4.2　电解质稳定性　// 198
16.4.3　电极材料的退化　// 198
16.4.4　隔膜退化　// 200
16.5　安全性　// 200
16.5.1　电池退化对其安全性和耐滥用性的影响　// 200
16.5.2　电池失效和耐滥用性　// 203
16.5.3　安全运输　// 208
16.6　总结　// 209
常用缩写词　// 210
参考文献　// 211
第17章　钠离子电池的环境适应性与生命周期评估发展现状　// 217
17.1　概述　// 217
17.1.1　背景介绍　// 217
17.1.2　生命周期评估　// 218
17.2　锂离子电池和钠离子电池的环境影响现状　// 219
17.2.1　当前与锂离子电池有关的环境问题和生命周期评估研究　// 219
17.2.2　钠离子电池的环境绩效现状　// 220
17.3　钠离子电池的生命周期评估现状更新　// 222
17.3.1　评估框架　// 223
17.3.2　电池模型　// 223
17.3.3　生命周期评估的结果　// 224
17.4　讨论　// 226
17.5　结论　// 228
致谢　// 229
参考文献　// 229
第18章　室温钠离子电池的应用　// 234
18.1　钠离子电池技术研究的里程碑　// 234
18.2　钠离子电池研发公司的发展状态　// 236
18.2.1　欧洲公司　// 236
18.2.2　美国公司　// 237
18.2.3　中国公司　// 237
18.2.4　日本公司　// 240
18.3　钠离子电池和其他可充电电池的对比及其潜在市场　// 241
18.4　对不同应用的潜在钠离子电池产品的特定要求　// 242
18.5　有限且分布不均的锂资源　// 243
18.6　各国政府对钠离子电池商业化的支持　// 244
18.6.1　欧洲　// 244
18.6.2　美国　// 244
18.6.3　中国　// 245
18.7　总结和展望　// 245
参考文献　// 245
第19章　高功率钠离子电池与钠离子电容器　// 247
19.1　钠离子电池及其高功率应用　// 247
19.1.1　钠离子电池负极材料　// 247
19.1.2　钠离子电池正极材料　// 252
19.2　钠离子电容器（NICs）　// 255
19.3　高功率体系电解液　// 258
19.4　结论　// 261
参考文献　// 261
第20章　可充电海水电池　// 270
20.1　概述　// 270
20.2　可充电海水电池的基本信息　// 271
20.2.1　海水电池的历史　// 271
20.2.2　工作原理及电池部件　// 272
20.2.3　正极反应　// 273
20.3　可充电海水电池的材料　// 277
20.3.1　正极　// 277
20.3.2　固态电解质　// 281
20.3.3　负极　// 283
20.4　电池制造与应用　// 289
20.4.1　纽扣电池设计　// 289
20.4.2　方形电池与组件设计　// 289
20.4.3　应用　// 293
20.5　挑战与展望　// 294
20.5.1　正极　// 294
20.5.2　固态电解质　// 295
20.5.3　负极　// 295
20.5.4　电池生产　// 295
致谢　// 296
参考文献　// 296