金属离子电池是以锂、钠、钾、镁、铝、锌等金属离子为载流子，在充放电过程中，上述载流子在两个电极之间往返嵌入/脱出，实现化学能到电能相互转化的可充电池。由于其可循环多次使用，对社会可持续发展起着重要推动作用。本书首先介绍金属离子电池的发展历史和种类，然后在阐述金属离子基本概念的基础上，详细介绍不同类型金属离子电池的工作原理、结构、组成、关键材料、电池制备工艺、应用领域、评估方法、相关资源提取方法与回收利用等内容，电池体系包括锂离子电池、钠离子电池、锌离子电池、钾离子电池、镁离子电池、铝离子电池和钙离子电池。
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目录
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丛书序
前言
第1章 金属离子电池概述1
1.1 金属离子电池简介1
1.2 金属离子电池的发展历史3
1.3 金属离子电池的种类5
1.3.1 按载流子分类5
1.3.2 按电解液（质）类型分类8
1.3.3 按用途分类13
参考文献15
第2章 金属离子电池化学基础17
2.1 金属离子电池的组成17
2.1.1 正极（或阴极）17
2.1.2 负极（或阳极）18
2.1.3 电解液18
2.1.4 隔膜19
2.1.5 外包装19
2.1.6 其他结构19
2.2 电池电动势、电压和极化20
2.2.1 电池电动势20
2.2.2 电压21
2.2.3 极化22
2.3 电池性能23
2.3.1 容量和比容量23
2.3.2 能量和比能量24
2.3.3 放电深度25
2.3.4 自放电25
2.3.5 库仑效率26
2.3.6 电池内阻26
2.3.7 电池寿命27
参考文献27
第3章 锂离子电池28
3.1 概述28
3.2 锂离子电池的工作原理29
3.3 正极材料30
3.3.1 层状正极材料30
3.3.2 尖晶石型材料53
3.3.3 聚阴离子型正极材料64
3.3.4 有机正极材料74
3.4 负极材料75
3.4.1 碳负极材料76
3.4.2 硅负极材料80
3.4.3 钛酸锂负极材料81
3.4.4 锂金属负极材料83
3.4.5 其他负极材料84
3.5 电解液（质）86
3.5.1 有机电解液86
3.5.2 固态电解质96
3.5.3 水系电解液104
3.6 隔膜材料106
3.7 集流体109
3.8 锂离子电池制造工艺与技术111
3.9 研究现状与展望117
参考文献119
第4章 钠离子电池130
4.1 概述130
4.2 钠离子电池的工作原理132
4.3 正极材料133
4.3.1 层状氧化物133
4.3.2 聚阴离子型化合物149
4.3.3 普鲁士蓝及其类似物155
4.3.4 其他正极材料162
4.4 负极材料162
4.4.1 碳基负极材料163
4.4.2 钛基负极材料170
4.4.3 转化类负极材料171
4.4.4 合金型负极材料172
4.5 电解液（质）173
4.5.1 非水系电解液173
4.5.2 无机固态钠离子电解质181
4.5.3 聚合物电解质185
4.5.4 复合固态电解质189
4.6 隔膜材料189
4.7 钠离子全电池的构筑190
4.8 研究现状与展望191
参考文献193
第5章 锌离子电池202
5.1 概述202
5.2 锌离子电池工作原理204
5.2.1 Zn2+嵌入机理205
5.2.2 H+嵌入机理206
5.2.3 Zn2+/H+共嵌入机理207
5.2.4 MnO2沉积/溶解机理208
5.3 正极材料209
5.3.1 锰氧化物209
5.3.2 钒基化合物212
5.3.3 普鲁士蓝及其衍生物214
5.3.4 有机化合物215
5.4 负极材料217
5.4.1 金属锌负极材料217
5.4.2 锌合金负极材料224
5.4.3 锌离子嵌入型负极材料225
5.5 电解液（质）225
5.5.1 水系电解液226
5.5.2 离子液体/共晶溶剂基电解质228
5.6 研究现状与展望229
参考文献232
第6章 其他金属离子电池体系236
6.1 钾离子电池236
6.1.1 钾离子电池正极材料237
6.1.2 钾离子电池负极材料243
6.1.3 钾离子电池电解液（质）249
6.2 镁离子电池252
6.2.1 镁离子电池正极材料254
6.2.2 镁离子电池负极材料257
6.2.3 镁离子电池电解液259
6.3 铝离子电池261
6.3.1 铝离子电池正极材料262
6.3.2 铝金属负极材料266
6.3.3 非水系铝离子电池电解液268
6.4 钙离子电池271
6.4.1 钙离子电池正极材料273
6.4.2 钙离子电池负极材料274
6.4.3 钙离子电池电解液277
参考文献278
第7章 金属离子电池的评估284
7.1 电极材料的理化性质测试方法284
7.1.1 X射线衍射284
7.1.2 扫描电子显微镜288
7.1.3 透射电子显微镜290
7.1.4 拉曼光谱295
7.1.5 核磁共振波谱298
7.1.6 红外光谱300
7.1.7 X射线光电子能谱302
7.1.8 同步辐射X射线吸收谱305
7.2 电池性能的测试方法310
7.2.1 循环伏安法310
7.2.2 交流阻抗谱法313
7.2.3 恒电流充放电法317
7.2.4 恒电流间歇滴定法318
参考文献322
第8章 金属离子电池资源提取与回收利用325
8.1 金属资源分布与提取325
8.1.1 金属离子电池中载流子资源的分布与提取325
8.1.2 金属离子电池中主要活性电对资源的分布与提取329
8.2 锂离子电池回收技术331
8.2.1 锂离子电池回收利用的意义331
8.2.2 锂离子电池回收预处理334
8.2.3 金属材料提炼338
参考文献346
后记：金属离子电池技术挑战与机遇并存347
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