二次电池研究进展

    二次电池研究进展    黄俊达，朱宇辉，冯煜，韩叶虎，谷振一，刘日鑫，杨冬月，陈凯，张相禹，孙威，辛森,，余彦，尉海军，张旭，于乐，王华0，刘新华，付永柱，李国杰，吴兴隆，马灿良，王飞，陈龙，周光敏，吴思思，卢周广，李秀婷0，刘继磊，高鹏，梁宵，常智，叶华林，李彦光，周亮，尤雅，王鹏飞，杨超，刘金平，孙美玲，毛明磊，陈浩，张山青，黄岗，余丁山，徐建铁，熊胜林，张进涛，王莹，任玉荣，杨春鹏，徐韵涵，陈亚楠，许运华，陈子峰，杲祥文，浦圣达，郭少华，李强，曹晓雨，明军，皮欣朋0，梁超凡0，伽龙0，王俊雄，焦淑红，姚雨，晏成林，周栋，李宝华，彭新文，陈冲，唐永炳，张桥保，刘奇，任金粲，贺艳兵，郝晓鸽，郗凯，陈立宝，马建民,1电子科技大学材料与能源学院，成都 6117312中国科学院化学研究所，北京 1001903厦门大学材料学院，福建 厦门 3610054中国科学技术大学材料科学与工程系，合肥 2300265东北师范大学物理学院，长春 1300246南京大学现代工程与应用科学学院，南京 2100467中国科学院长春应用化学研究所，长春 1300228北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室，北京 1000299北京工业大学材料与制造学部，北京 10012410北京航空航天大学化学学院，北京 10019111北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京 10019112郑州大学化学学院，郑州 45000113郑州大学橡塑模具国家工程研究中心，郑州 45000214东北师范大学化学学院，长春 13002415山西大学分子科学研究所，太原 03000616复旦大学材料科学系，上海 20043317华东理工大学化工学院，上海 20023718清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳51805519南方科技大学材料科学与工程系，广东 深圳 51805520深圳大学高等研究院，广东 深圳 51806021湖南大学材料科学与工程学院，长沙 41008222湖南大学化学化工学院，长沙 41008223中南大学材料科学与工程学院，长沙 41008324苏州大学功能纳米与软物质研究院，江苏 苏州 21512325武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，武汉 43007026西安交通大学电气工程学院，西安 71004927武汉理工大学化学化工与生命科学学院，武汉 43007028华中科技大学光学与电子信息学院，武汉 43007429 Centre for Catalysis and Clean Energy, School of Environment and Science, Griffith University, Gold Coast,QLD4214, Australia.30中山大学化学学院，广州 51027531华南理工大学环境与能源学院，广州 51000632山东大学化学与化工学院，济南 25010033香港中文大学化学系，香港 99907734常州大学材料科学与工程学院，江苏 常州 21316435天津大学化工学院，天津 30035036天津大学材料科学与工程学院，天津 30035037 Department of Materials, University of Oxford, Oxford, OX1 3PH.38青岛大学新能源科学与工程系，山东 青岛 26607139河南工业大学化学化工学院，郑州 45000140华中科技大学材料科学与工程学院，武汉 43007441苏州大学能源学院，江苏 苏州 21500642华南理工大学轻工科学与工程学院，广州 51064143中国科学院深圳先进技术研究院，广东 深圳 51805544湖南大学物理与微电子科学学院，长沙 41008245香港城市大学物理系，香港 99907746 Department of Mechanical and Materials Engineering, University of Western Ontario, London, Ontario N6A 5B9, Canada.47西安交通大学化学学院，西安 71004948中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083目录1 前言 72 二次电池的电化学基础 72.1 电极反应与电极电位 72.2 电池性能关键指标 82.2.1 电压 82.2.1.1 电动势 82.2.1.2 开路电压 82.2.1.3 额定电压 82.2.1.4 工作电压 82.2.1.5 放电终止电压 82.2.2 容量 92.2.2.1 理论容量 92.2.2.2 额定容量 92.2.2.3 实际容量 92.2.2.4 剩余容量 92.2.3 内阻 92.2.3.1 欧姆内阻 92.2.3.2 电化学极化内阻 92.2.3.3 浓差极化内阻 92.2.4 能量密度和功率密度 92.2.5 寿命 92.2.6 荷电状态 102.2.7 贮存性能和自放电 102.3 常用电化学测试方法 102.3.1 计时电势法/计时电流法 102.3.2 循环伏安法 102.3.3 电化学阻抗谱测试法 112.3.4 恒电流间歇滴定法 112.3.5 其他方法 113 锂离子电池及关键材料 113.1 正极材料 113.1.1 层状氧化物正极材料 113.1.2 尖晶石型氧化物正极材料 133.1.3 聚阴离子型正极材料 133.2 负极材料 143.2.1 石墨负极 143.2.2 合金型负极材料 163.3 电解质 173.3.1 电解质的历史 173.3.2 电解质的发展与未来 183.3.3 固态电解质 193.3.3.1 聚合物固态电解质 193.3.3.2 无机固态电解质 193.3.3.3 有机/无机复合固态电解质 213.4 隔膜材料 213.4.1 商业化隔膜优缺点 213.4.2 商业化隔膜的表面改性 213.4.3 新型功能隔膜的开发 223.5 粘结剂及功能性添加剂 233.5.1 粘结剂 233.5.2 功能性添加剂 243.6 集流体 253.6.1 金属箔集流体 253.6.2 多孔三维结构集流体 263.6.3 新型复合集流体 263.7 锂离子电池回收 263.7.1 正极回收 263.7.1.1 传统回收方法 263.7.1.2 正极材料直接回收方法的现状 273.7.1.3 正极材料直接回收方法的挑战 273.7.2 负极回收 273.7.2.1 电化学储能的应用 283.7.2.2 储气和废水处理应用 314 其他金属离子电池及关键材料 314.1 钠离子电池 314.1.1 钠离子电池负极材料 314.1.1.1 嵌入型负极 314.1.1.2 转化型负极 324.1.1.3 合金型负极 324.1.1.4 有机化合物负极 334.1.2 钠离子电池正极材料 334.1.2.1 过渡金属氧化物正极 334.1.2.2 普鲁士蓝类化合物正极 344.1.2.3 聚阴离子类化合物正极 354.1.2.4 有机化合物正极 364.2 钾离子电池 364.2.1 钾离子电池正极材料 364.2.1.1 层状氧化物 364.2.1.2 聚阴离子化合物 384.2.1.3 普鲁士蓝类似物 384.2.2 钾离子电池负极材料 394.2.2.1 碳基材料 394.2.2.2 合金类材料 394.2.2.3 转化类材料 414.2.2.4 其他负极材料 414.3 镁离子电池 414.3.1 正极材料 414.3.2 负极材料 424.3.3 电解液 424.4 锌离子电池 424.4.1 金属锌负极 424.4.2 锌离子电池正极 444.4.2.1 锰基化合物 444.4.2.2 钒基化合物 454.5 钙离子电池 474.5.1 钙离子电池负极 484.5.2 钙离子电池正极 494.5.3 新型钙离子电池体系 494.6 铝离子电池 494.6.1 正极材料 494.6.2 电解液 494.6.3 铝负极 505 金属-硫基电池及关键材料 505.1 锂-硫电池 505.1.1 锂硫电池存在的主要问题 505.1.2 硫正极的研究进展 515.1.3 锂负极的研究进展 515.1.4 电解液的研究进展 515.1.4.1 离子液体电解质 525.1.4.2 固态电解质 525.2 钠-硫(硒)电池 525.2.1 钠-硫电池 525.2.2 钠-硒电池 535.3 钾-硫(硒)电池 545.3.1 钾硫电池的原理、特点及挑战 545.3.2 钾硫电池的研究进展 545.3.3 钾硒电池 555.4 多价金属-硫基电池 555.4.1 硫穿梭与失活 565.4.2 金属负极钝化 566 金属-氧气电池及关键材料 566.1 锂-氧气电池 566.1.1 正极 566.1.1.1 碳材料 566.1.1.2 固态催化剂 576.1.1.3 液相催化剂 586.1.1.4 氧化还原液流锂-氧电池 586.1.2 负极 586.1.3 电解液 586.1.4 局限性与挑战 606.2 钠-氧气电池 606.2.1 钠氧气电池的反应机理 606.2.2 金属钠负极的保护策略 616.2.3 钠氧气电池的电解液 626.3 钾-氧气电池 626.3.1 钾氧气电池负极的稳定策略 626.3.2 钾氧气电池的正极电化学 636.3.3 面向空气的钾氧气电池 646.4 多价金属-氧气电池 646.4.1 多价金属-氧气电池的工作原理 646.4.2 多价金属-氧气电池的研究进展 646.4.2.1 锌-氧气电池 656.4.2.2 镁-氧气电池 666.4.2.3 铝-氧气电池 666.4.2.4 其他多价金属-氧气电池 676.5 柔性金属空气电池 676.5.1 柔性金属阳极 676.5.2 柔性电解质 686.5.3 柔性空气阴极 687 锂-碘(溴)电池及关键材料 698 水系金属离子电池 718.1 水系锂离子电池 718.1.1 传统水系电解液 718.1.2 高浓水系电解液 718.1.3 高浓水系电解液的改性 728.2 水系钠离子电池 728.2.1 有机液态电解液 728.2.2 离子液体电解质 748.3 水系钾离子电池 748.3.1 水系钾离子电池电解液 748.3.2 水系钾离子电池电极材料 758.4 水系多价金属离子电池 768.4.1 水系镁离子电池 788.4.2 水系锌离子电池 788.4.2.1 锌离子正极 788.4.2.1.1 氧化物正极 788.4.2.1.2 聚阴离子正极 788.4.2.1.3 有机物正极 798.4.2.2 锌金属负极 798.4.2.3 传统水系锌离子电池电解液 798.4.2.4 水系锌离子电池电解液的优化方法 798.4.3 水系铝离子电池 819 其它新型电池 819.1 光辅助电池 819.1.1 光辅助电池简介 819.1.2 单相