电池材料——合成、表征与应用

随着社会经济的发展，人们对能源的需求持续增长。传统化石能源的大量消耗引起全球气温升高、环境恶化等问题，威胁人类的生存。在这种形势下，2020年9月，我国正式向联合国大会宣布，努力在2060年前实现碳中和并采取更有力的政策和措施在2030年之前达到排放峰值。碳中和时代的到来，意味着人类社会生产力深刻的变革，将给各行各业带来深层次的影响。伴随着新能源科技的创新发展，一场以清洁能源替代化石能源的革命正加速到来，能源转化和存储是新能源发展的核心，也是实现碳中和目标的有效手段。锂离子电池作为一种高效的储能器件，因具有能量密度/功率密度高与循环寿命长等特点，在消费电子和通信领域已经得到广泛应用，也是未来电动汽车和混合电动汽车的首选电源。近几十年来，世界各国的科研人员对锂离子电池及其相关材料的研究方兴未艾，并获得了系列重要研究进展。2019年，诺贝尔化学奖授予JohnGoodenough、StanleyWhittingham和吉野彰(AkiraYoshino)，以表彰他们对锂离子电池研究方面的贡献。在提高现有锂离子电池性能的同时，发展储量丰富且安全性能好的可充水系锂离子、钠离子、锌离子电池是新型储能电池的重要发展方向。可充二次电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜四部分组成。众所周知，影响电池性能的核心是关键电池材料的开发与应用。为了推动我国电池行业的发展，有助于高校、企业的研发，我们编写了《电池材料——合成、表征与应用》一书。全书包括五章，从电池材料的合成、表征及性能调控三个方面来阐述电池材料的基础与应用。重点叙述了电池材料的制备方法、结构、表征与分析方法；然后阐述电池材料在锂离子电池和水系二次电池中的应用。笔者已有多年从事电化学与化学电源的教学、科研和技术转化方面的丰富经验，在二次储能电池材料的结构设计、表征与性能调控方面积累了丰富的经验。根据自身的体会以及参考大量国内外相关文献，编写了本书。本书旨在为广大读者系统地介绍储能电池关键材料的合成、表征方法及应用的进展，并通过部分实例进行阐明分析。本书适合作为高等院校能源、材料、化工和冶金等相关学科的本科生和研究生教材，也适合新能源材料领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考。张桥保(厦门大学)负责编写第1、2章以及第4章部分内容；马汝广(中科院上海硅酸盐研究所)负责编写第1章大部分内容；吴贤文(吉首大学)负责编写第2章部分内容和第5章内容；陆敬予［哈尔滨工业大学(深圳)］负责编写第3章内容；伊廷锋(东北大学)参与编写第4章部分内容。全书由张桥保统一修改定稿。本书的研究工作和编写得到了国家自然科学基金(基金号：52072323、52122211、52064013、U1960107)的资助以及厦门大学材料学院和吉首大学化学国家级实验教学示范中心的大力支持，在此表示感谢。同时对给予本书启示和参考的文献作者予以致谢，特别感谢四川大学刘慰研究员、山东科技大学刘瑞老师、吉首大学李佑稷和向延鸿老师，他们对本书的编写给予了极大帮助。电池材料的合成、表征和应用涉及面广，由于编者水平有限，书中难免有不足之处，敬请专家和读者批评指正。编者2021年9月