书名：锂空气电池
定价：98.0
ISBN：9787122291004
作者：(日)今西诚之（Nobuyuki Imanishi)、(美)艾伦·C.伦兹(Alan C.Luntz)、(英)彼得·G.布鲁斯（Peter G.Bruce)
版次：第1版
出版时间：2017-08

内容提要：

商品名称：	锂空气电池
营销书名：	一部关于锂空气电池构型、材料、机理的国际经典力作，填补空白
作者：	(日)今西诚之（Nobuyuki Imanishi)、(美)艾伦·C.伦兹(Alan C.Luntz)、(英)彼得·G.布鲁斯（Peter G.Bruce) 等著
定价：	98.00
ISBN：	978-7-122-29100-4
关键字：	电池;化学电源;动力电池;高能电池;锂空气电池;
重量：	586克
出版社：	化学工业出版社

开本：	16	装帧：	精
出版时间：	2017年08月	版次：	1
页码：	266	印次：	1

本书由活跃在锂空气电池前沿领域的国际知名研究者执笔，他们关注电池内部所发生的反应过程并致力克服在此过程中所面临的困难，并将锂空气电池的研究新进展和关键技术介绍给读者。

本书从反应机理、组件结构和器件设计等多方面,对锂空气电池进行了详细介绍和全面论述。每章的编著者都是本领域的前沿研究者，他们结合自身丰富的研究和工作经验，为读者提供了翔实的锂空气电池基础理论知识。全书既可视为一个整体，亦可每章单独成文，为从事锂空气电池及化学电源的科技研发工作者提供实用性参考。

解晶莹，研究员。长期从事锂系电池相关应用基础研究及工程化开发、产业化工作。主要研究方向:新型化学电源及相关材料和电源系统研究。

第1章绪论001
1.1锂空气电池的能量密度001
1.2锂空气电池的发展007
1.3锂空气电池的关键问题和应用前景013
参考文献017

第2章非水电解液019
2.1引言019
2.2有机强酸酯类电解液020
2.3稳定电解液025
2.3.1醚类029
2.3.2离子液体031
2.3.3酰氨基类034
2.3.4砜类039
2.3.5二甲基亚砜类041
2.3.6锂盐电解质045
2.4电解液的稳定性047
2.5小结与展望048
参考文献049

第3章有机体系锂空气电池中的正极电化学过程053
3.1引言053
3.2基于碳阴极的锂空气电池电化学过程057
3.2.1恒流充放电过程057
3.2.2放电充电化学过程063
3.3电解液稳定性065
3.3.1DEMS稳定性065
3.3.2循环性能070
3.3.3关于电解液稳定性的理论072
3.4正极稳定性075
3.5空气中的污染物对锂空气电池的影响078
3.5.1H2O的影响078
3.5.2CO2的影响079
3.5.3选择性透氧层的前景080
3.6基础电化学082
3.6.1机理082
3.6.2动力学过电势088
3.6.3第一性原理过电势090
3.6.4电催化作用092
3.7电荷传输限制093
3.7.1Li2O2电荷传输的实验研究094
3.7.2电荷传输的理论模型096
3.7.3极化子的电荷传输098
3.7.4Li2O2电荷传输问题099
3.8小结和展望100
参考文献101

第4章锂空气电池中氧的还原/析出反应动力学过程及产物105
4.1可充电锂空气电池的能量密度、功率密度及其所面临的挑战105
4.2锂空气电池放电过程动力学及放电产物110
4.2.1碳电极上的氧还原反应动力学110
4.2.2小倍率、低过电势下放电反应产物112
4.2.3大倍率、高过电势条件下的放电产物116
4.3锂空气电池中放电态正极的表面化学118
4.3.1与Li2O2形貌相关的表面化学118
4.3.2Li2O2和碳之间的化学反应119
4.3.3Li2O2与醚类电解液的化学反应123
4.3.4固态锂空气电池的原位APXPS研究125
4.4放电产物形貌和其表面化学性质对Li2O2氧化的影响127
4.5高过电势下充电制约因素的原位TEM研究133
4.6小结和展望134
参考文献135

第5章原子理论和第一性原理：锂空气电池的计算研究139
5.1引言139
5.2Li2O2性质140
5.2.1过电势140
5.2.2电子电导率143
5.3电催化剂147
5.3.1碳147
5.3.2贵金属148
5.3.3过渡金属氧化物148
5.4电解液150
5.5小结与展望150
参考文献151

第6章基于锂保护电极的锂空气电池155
6.1引言155
6.2金属空气电池的前景与问题155
6.3锂空气电池：水系与非水系156
6.3.1非水体系锂空气电池158
6.3.2水系锂空气电池163
6.4小结与展望170
参考文献172

第7章水系锂空气电池的空气电极174
7.1引言174
7.2正极电化学反应175
7.3充/放电过程中的空气电极176
7.3.1放电反应176
7.3.2充电反应176
7.4电解液的影响178
7.4.1充电反应178
7.4.2放电反应180
7.4.3CO2的影响180
7.4.4放电产物的影响180
7.4.5水分管理181
7.5复合空气电极182
7.6小结与展望183
参考文献183

第8章水系锂空气电池的固体电解质185
8.1引言185
8.2NASICON类水中稳定锂离子固体电解质：LATP186
8.3石榴石型水溶液稳定锂离子导体固体电解质：Li7La3Zr2O12 191
8.4锂离子固体电解质薄片的制备194
8.5水系可充电锂空气电池性能197
参考文献201

第9章全固态锂空气二次电池203
9.1引言203
9.2全固态电池204
9.3电池材料204
9.3.1负极205
9.4电解质（膜）205
9.5氧气电极（正极）206
9.5.1电化学催化206
9.5.2LAGP的电催化性能207
9.6电池反应和开路电压209
9.7电池设计211
9.8密封电池的电化学性能212
9.8.1能量效率212
9.8.2循环性能212
9.8.3温度的影响213
9.8.4库伦效率（CE）215
9.9小结与展望216
参考文献216

第10章一次锂空气电池218
10.1引言218
10.2空气电极222
10.2.1不同碳材料的比表面积和孔隙比223
10.2.2微观结构226
10.2.3表面修饰（能量密度/功率密度）229
10.3电解液231
10.3.1非水系液态电解液233
10.3.2聚合物和固态电解质235
10.3.3离子液体236
10.3.4水系及混合体系电解液237
10.4设计238
10.5挑战及展望243
参考文献244

第11章锂空气电池系统概述：氧气处理的要求与技术248
11.1引言248
11.2系统的设计及目标249
11.3从活性物质到汽车系统253
11.4密封式锂空气电池中的O2储存256
11.5开放式锂空气电池中的O2分离260
11.6小结与展望262
参考文献263

索引265

序
从长远考虑，需要出现新的变革性储能技术，使二次电池的能量密度提升到500W·h·kg-1以上。只有锂空气电池才能满足这种要求。
电动汽车终极电池是什么？有人说是氢氧燃料电池。但人们更多的是将它看作发电装置，不是电化学可充电池；而锂空气电池是电化学可充的电池。同时,氢氧燃料电池的理论能量密度约为3500W·h·kg-1；而锂空气电池的理论能量密度是5217W·h·kg-1，远高于氢氧燃料电池。因此，锂空气电池才是电动汽车的终极电池。
锂空气的概念是1974年提出的，可充锂空气电池1996年才提出来，研究的时间只有短短二十几年，还有很多理论和工程问题需要解决。极化大，循环性差是比较突出的问题。
锂空气电池是金属锂电池，它的负极是金属锂,正极活性物质是氧气。目前大部分研究都使用液体电解质，但由于锂空气电池是开放系统，金属锂很难稳定，又出现了一些新的问题。因此，采用固体电解质是必须考虑的方向。
近年来由于纳米结构电极、新电解质材料、锂表面处理技术的发展，锂空气电池性能方面已取得了显著进步，应用的前景开始更加明朗。
通过从原子到纳米尺度对关键材料构效关系的深入研究、设计，并验证高效稳定的纳微复合结构电极与电解质材料，将是推动性能稳定、价格低廉、安全性好的高能量密度化学储能技术发展的必由之路。完全有理由相信，在不远的将来，能量密度超过500W·h·kg-1的可充锂空气电池一定能使电动汽车的行驶里程与内燃机汽车相当。
本书介绍了锂空气电池的发展历程，讲述了锂空气电池原理、不同电解液体系（有机体系、水系、固态电解质体系）的反应机理、技术水平和亟需解决的科学问题。总结了空气电极反应动力学过程，特别是氧还原/氧析出的反应动力学和Li2O2的生长与溶解机制。介绍了金属锂保护技术和几种重要的固体电解质材料的电学性质及其在全固态锂空气可充电池中的应用。不仅讨论了第一性原理计算在锂空气电池研究中的最新进展，还介绍了全固态锂空气电池的电化学特性和实用化设计。
本书是一本关于锂空气可充电池的综合性参考书，提供了丰富、系统的锂空气电池专业知识，适用于从事可充电池研究、开发和应用的科研人员、工程师和技术管理人员，也可作为高等学校高年级学生和研究生的参考用书。
陈立泉
（中国工程院院士）

译者的话
新能源技术的逐渐普及，使电动运输领域得到了快速发展。目前动力电池市场的需求日益高涨，旨在替代锂离子电池的下一代高能电池技术层出不穷，而锂空气电池在诸多电化学储能体系中具有最高的理论能量密度。20世纪70年代，锂空气电池的概念被首次提出。1996年，被首次应用于二次电池的使用中，这再一次掀起了该领域的研究热潮。随之而来的是，对锂空气电池电极反应机理，电解质、电极等结构组件的探索和研究的逐步深入。本书对锂空气电池的基本原理进行了详细阐述，并对这个领域的前沿研究成果进行了细致总结。
本书从水系和非水系两大类锂空气电池体系出发，先详细总结了两类体系所具有的特点、各自的电极反应机理以及所面临的关键问题，随后对全固态锂空气电池与一次锂空气电池的基本原理和实用化设计进行了介绍，最后关注了电池整体系统的设计问题。本书各章节均由领域内的国际著名学者执笔，内容丰富翔实，并收录有大量的锂空气电池专业知识，可供锂空气电池和化学电源的初学者以及该领域的科技研发工作者参考阅读。
为了向读者介绍锂空气电池的研究工作和进展，我们将本书译成中文。解晶莹负责组织全书的翻译工作，并与孙毅核校全书翻译稿。本书第1章由范武刚翻译，第2章由崔忠慧翻译，第3章由黄诗婷、赵宁和罗广生翻译，第4章由娄沛莉翻译，第5章由杜付明翻译。以上章节由崔忠慧和郭向欣校译并整理成稿。第6章由刘雯、张懋慧翻译，第7章及前言由孙毅、张熠霄翻译，第8章由戴扬、杨炜婧翻译，第9、第11章由毛亚、郭瑞翻译，第10章由罗英、王婷翻译。在整个翻译及出版过程中，我们得到了上海空间电源研究所和上海市动力与储能电池系统工程技术研究中心的大力支持。在此，我们对他们的无私帮助表示深深的感谢。
本书涉及的研究领域和知识面较广，在翻译过程中，我们力求正确贴切，但由于水平和时间的限制，在译文中难免存在不当和误译之处，恳请广大读者批评指正。

目录：

商品名称：	锂空气电池
营销书名：	一部关于锂空气电池构型、材料、机理的国际经典力作，填补空白
作者：	(日)今西诚之（Nobuyuki Imanishi)、(美)艾伦·C.伦兹(Alan C.Luntz)、(英)彼得·G.布鲁斯（Peter G.Bruce) 等著
定价：	98.00
ISBN：	978-7-122-29100-4
关键字：	电池;化学电源;动力电池;高能电池;锂空气电池;
重量：	586克
出版社：	化学工业出版社

开本：	16	装帧：	精
出版时间：	2017年08月	版次：	1
页码：	266	印次：	1

本书由活跃在锂空气电池前沿领域的国际知名研究者执笔，他们关注电池内部所发生的反应过程并致力克服在此过程中所面临的困难，并将锂空气电池的研究新进展和关键技术介绍给读者。

本书从反应机理、组件结构和器件设计等多方面,对锂空气电池进行了详细介绍和全面论述。每章的编著者都是本领域的前沿研究者，他们结合自身丰富的研究和工作经验，为读者提供了翔实的锂空气电池基础理论知识。全书既可视为一个整体，亦可每章单独成文，为从事锂空气电池及化学电源的科技研发工作者提供实用性参考。

解晶莹，研究员。长期从事锂系电池相关应用基础研究及工程化开发、产业化工作。主要研究方向:新型化学电源及相关材料和电源系统研究。

第1章绪论001
1.1锂空气电池的能量密度001
1.2锂空气电池的发展007
1.3锂空气电池的关键问题和应用前景013
参考文献017

第2章非水电解液019
2.1引言019
2.2有机强酸酯类电解液020
2.3稳定电解液025
2.3.1醚类029
2.3.2离子液体031
2.3.3酰氨基类034
2.3.4砜类039
2.3.5二甲基亚砜类041
2.3.6锂盐电解质045
2.4电解液的稳定性047
2.5小结与展望048
参考文献049

第3章有机体系锂空气电池中的正极电化学过程053
3.1引言053
3.2基于碳阴极的锂空气电池电化学过程057
3.2.1恒流充放电过程057
3.2.2放电充电化学过程063
3.3电解液稳定性065
3.3.1DEMS稳定性065
3.3.2循环性能070
3.3.3关于电解液稳定性的理论072
3.4正极稳定性075
3.5空气中的污染物对锂空气电池的影响078
3.5.1H2O的影响078
3.5.2CO2的影响079
3.5.3选择性透氧层的前景080
3.6基础电化学082
3.6.1机理082
3.6.2动力学过电势088
3.6.3第一性原理过电势090
3.6.4电催化作用092
3.7电荷传输限制093
3.7.1Li2O2电荷传输的实验研究094
3.7.2电荷传输的理论模型096
3.7.3极化子的电荷传输098
3.7.4Li2O2电荷传输问题099
3.8小结和展望100
参考文献101

第4章锂空气电池中氧的还原/析出反应动力学过程及产物105
4.1可充电锂空气电池的能量密度、功率密度及其所面临的挑战105
4.2锂空气电池放电过程动力学及放电产物110
4.2.1碳电极上的氧还原反应动力学110
4.2.2小倍率、低过电势下放电反应产物112
4.2.3大倍率、高过电势条件下的放电产物116
4.3锂空气电池中放电态正极的表面化学118
4.3.1与Li2O2形貌相关的表面化学118
4.3.2Li2O2和碳之间的化学反应119
4.3.3Li2O2与醚类电解液的化学反应123
4.3.4固态锂空气电池的原位APXPS研究125
4.4放电产物形貌和其表面化学性质对Li2O2氧化的影响127
4.5高过电势下充电制约因素的原位TEM研究133
4.6小结和展望134
参考文献135

第5章原子理论和第一性原理：锂空气电池的计算研究139
5.1引言139
5.2Li2O2性质140
5.2.1过电势140
5.2.2电子电导率143
5.3电催化剂147
5.3.1碳147
5.3.2贵金属148
5.3.3过渡金属氧化物148
5.4电解液150
5.5小结与展望150
参考文献151

第6章基于锂保护电极的锂空气电池155
6.1引言155
6.2金属空气电池的前景与问题155
6.3锂空气电池：水系与非水系156
6.3.1非水体系锂空气电池158
6.3.2水系锂空气电池163
6.4小结与展望170
参考文献172

第7章水系锂空气电池的空气电极174
7.1引言174
7.2正极电化学反应175
7.3充/放电过程中的空气电极176
7.3.1放电反应176
7.3.2充电反应176
7.4电解液的影响178
7.4.1充电反应178
7.4.2放电反应180
7.4.3CO2的影响180
7.4.4放电产物的影响180
7.4.5水分管理181
7.5复合空气电极182
7.6小结与展望183
参考文献183

第8章水系锂空气电池的固体电解质185
8.1引言185
8.2NASICON类水中稳定锂离子固体电解质：LATP186
8.3石榴石型水溶液稳定锂离子导体固体电解质：Li7La3Zr2O12 191
8.4锂离子固体电解质薄片的制备194
8.5水系可充电锂空气电池性能197
参考文献201

第9章全固态锂空气二次电池203
9.1引言203
9.2全固态电池204
9.3电池材料204
9.3.1负极205
9.4电解质（膜）205
9.5氧气电极（正极）206
9.5.1电化学催化206
9.5.2LAGP的电催化性能207
9.6电池反应和开路电压209
9.7电池设计211
9.8密封电池的电化学性能212
9.8.1能量效率212
9.8.2循环性能212
9.8.3温度的影响213
9.8.4库伦效率（CE）215
9.9小结与展望216
参考文献216

第10章一次锂空气电池218
10.1引言218
10.2空气电极222
10.2.1不同碳材料的比表面积和孔隙比223
10.2.2微观结构226
10.2.3表面修饰（能量密度/功率密度）229
10.3电解液231
10.3.1非水系液态电解液233
10.3.2聚合物和固态电解质235
10.3.3离子液体236
10.3.4水系及混合体系电解液237
10.4设计238
10.5挑战及展望243
参考文献244

第11章锂空气电池系统概述：氧气处理的要求与技术248
11.1引言248
11.2系统的设计及目标249
11.3从活性物质到汽车系统253
11.4密封式锂空气电池中的O2储存256
11.5开放式锂空气电池中的O2分离260
11.6小结与展望262
参考文献263

索引265

序
从长远考虑，需要出现新的变革性储能技术，使二次电池的能量密度提升到500W·h·kg-1以上。只有锂空气电池才能满足这种要求。
电动汽车终极电池是什么？有人说是氢氧燃料电池。但人们更多的是将它看作发电装置，不是电化学可充电池；而锂空气电池是电化学可充的电池。同时,氢氧燃料电池的理论能量密度约为3500W·h·kg-1；而锂空气电池的理论能量密度是5217W·h·kg-1，远高于氢氧燃料电池。因此，锂空气电池才是电动汽车的终极电池。
锂空气的概念是1974年提出的，可充锂空气电池1996年才提出来，研究的时间只有短短二十几年，还有很多理论和工程问题需要解决。极化大，循环性差是比较突出的问题。
锂空气电池是金属锂电池，它的负极是金属锂,正极活性物质是氧气。目前大部分研究都使用液体电解质，但由于锂空气电池是开放系统，金属锂很难稳定，又出现了一些新的问题。因此，采用固体电解质是必须考虑的方向。
近年来由于纳米结构电极、新电解质材料、锂表面处理技术的发展，锂空气电池性能方面已取得了显著进步，应用的前景开始更加明朗。
通过从原子到纳米尺度对关键材料构效关系的深入研究、设计，并验证高效稳定的纳微复合结构电极与电解质材料，将是推动性能稳定、价格低廉、安全性好的高能量密度化学储能技术发展的必由之路。完全有理由相信，在不远的将来，能量密度超过500W·h·kg-1的可充锂空气电池一定能使电动汽车的行驶里程与内燃机汽车相当。
本书介绍了锂空气电池的发展历程，讲述了锂空气电池原理、不同电解液体系（有机体系、水系、固态电解质体系）的反应机理、技术水平和亟需解决的科学问题。总结了空气电极反应动力学过程，特别是氧还原/氧析出的反应动力学和Li2O2的生长与溶解机制。介绍了金属锂保护技术和几种重要的固体电解质材料的电学性质及其在全固态锂空气可充电池中的应用。不仅讨论了第一性原理计算在锂空气电池研究中的最新进展，还介绍了全固态锂空气电池的电化学特性和实用化设计。
本书是一本关于锂空气可充电池的综合性参考书，提供了丰富、系统的锂空气电池专业知识，适用于从事可充电池研究、开发和应用的科研人员、工程师和技术管理人员，也可作为高等学校高年级学生和研究生的参考用书。
陈立泉
（中国工程院院士）

译者的话
新能源技术的逐渐普及，使电动运输领域得到了快速发展。目前动力电池市场的需求日益高涨，旨在替代锂离子电池的下一代高能电池技术层出不穷，而锂空气电池在诸多电化学储能体系中具有最高的理论能量密度。20世纪70年代，锂空气电池的概念被首次提出。1996年，被首次应用于二次电池的使用中，这再一次掀起了该领域的研究热潮。随之而来的是，对锂空气电池电极反应机理，电解质、电极等结构组件的探索和研究的逐步深入。本书对锂空气电池的基本原理进行了详细阐述，并对这个领域的前沿研究成果进行了细致总结。
本书从水系和非水系两大类锂空气电池体系出发，先详细总结了两类体系所具有的特点、各自的电极反应机理以及所面临的关键问题，随后对全固态锂空气电池与一次锂空气电池的基本原理和实用化设计进行了介绍，最后关注了电池整体系统的设计问题。本书各章节均由领域内的国际著名学者执笔，内容丰富翔实，并收录有大量的锂空气电池专业知识，可供锂空气电池和化学电源的初学者以及该领域的科技研发工作者参考阅读。
为了向读者介绍锂空气电池的研究工作和进展，我们将本书译成中文。解晶莹负责组织全书的翻译工作，并与孙毅核校全书翻译稿。本书第1章由范武刚翻译，第2章由崔忠慧翻译，第3章由黄诗婷、赵宁和罗广生翻译，第4章由娄沛莉翻译，第5章由杜付明翻译。以上章节由崔忠慧和郭向欣校译并整理成稿。第6章由刘雯、张懋慧翻译，第7章及前言由孙毅、张熠霄翻译，第8章由戴扬、杨炜婧翻译，第9、第11章由毛亚、郭瑞翻译，第10章由罗英、王婷翻译。在整个翻译及出版过程中，我们得到了上海空间电源研究所和上海市动力与储能电池系统工程技术研究中心的大力支持。在此，我们对他们的无私帮助表示深深的感谢。
本书涉及的研究领域和知识面较广，在翻译过程中，我们力求正确贴切，但由于水平和时间的限制，在译文中难免存在不当和误译之处，恳请广大读者批评指正。