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1章　钠离子电池石墨负极　// 1

1.1　概述　// 1

1.2　石墨与石墨嵌入化合物（GIC）　// 1

1.3　石墨作为锂/钠离子负极材料　// 3

1.3.1　石墨在锂离子电池中的应用（富锂二元GIC）　// 3

1.3.2　在钠离子电池中使用石墨的问题（缺乏富钠二元GIC）　// 4

1.3.3　在钠离子电池中使用石墨的解决策略（利用富钠的三元GIC）　// 4

1.4　石墨在钠离子电池中应用的最新进展　// 6

1.4.1　循环过程中晶格和电极膨胀　// 6

1.4.2　电解质影响　// 8

1.4.3　温度影响　// 9

1.4.4　理化性质　// 10

1.4.5　SEI　// 12

1.4.6　增加容量　// 13

1.5　展望　// 14

参考文献　// 14

第2章　钠离子电池硬碳负极　// 20

2.1　概述　// 20

2.2　硬碳结构特征　// 22

2.3　硬碳材料表征　// 22

2.3.1　碳层间距及无序度　// 23

2.3.2　缺陷表征　// 25

2.3.3　孔结构表征　// 27

2.3.4　表面成分及电极-电解液界面表征　// 28

2.3.5　其他原位/非原位表征技术应用　// 29

2.4　硬碳储钠机理　// 31

2.5　钠离子电池硬碳负极分类　// 33

2.5.1　生物质衍生硬碳　// 33

2.5.2　杂原子掺杂硬碳　// 35

2.5.3　其他硬碳材料　// 39

2.5.4　软硬碳复合材料　// 40

2.6　总结与展望　// 41

附录　常用缩写词　// 42

参考文献　// 42

第3章　钠离子电池合金型负极　// 48

3.1　概述　// 48

3.2　合金型负极材料面临的主要挑战　// 48

3.2.1　体积膨胀　// 48

3.2.2　不稳定的SEI膜　// 49

3.2.3　电压滞后　// 49

3.2.4　电化学反应机理　// 50

3.3　高性能合金型负极的实现策略　// 50

3.3.1　纳米结构　// 50

3.3.2　形貌和电极结构调控　// 51

3.3.3　结构工程　// 51

3.3.4　表面工程　// 52

3.3.5　复合材料设计　// 52

3.4　合金负极改性　// 53

3.4.1　磷（P）　// 53

3.4.2　硅（Si）　// 56

3.4.3　锡（Sn）　// 56

3.4.4　锗（Ge）　// 58

3.4.5　锑（Sb）　// 59

3.4.6　铋（Bi）　// 61

3.4.7　金属间化合物　// 63

3.5　总结　// 64

参考文献　// 65

第4章　钠基层状氧化物正极材料　// 73

4.1　结构类型　// 74

4.2　高电压镍基层状氧化物　// 76

4.2.1　概述　// 76

4.2.2　一元Ni基层状氧化物　// 76

4.2.3　二元Ni/Fe基层状氧化物　// 77

4.2.4　二元Ni/Mn基层状氧化物　// 77

4.2.5　结论与展望　// 81

4.3　低成本Mn及Fe基层状氧化物　// 81

4.3.1　概述　// 81

4.3.2　一元Mn和Fe基层状氧化物　// 82

4.3.3　二元Mn/Fe基层状氧化物　// 83

4.3.4　掺杂的二元Mn/Fe基层状氧化物　// 85

4.3.5　结论与展望　// 87

4.4　阴离子参与氧化还原的层状正极材料　// 87

4.4.1　概述　// 87

4.4.2　增强氧的氧化还原活性及其可逆性的方法　// 88

4.4.3　结论与展望　// 92

4.5　总结与未来发展趋势　// 92

参考文献　// 92

第5章　钠离子电池聚阴离子类磷酸盐正极材料　// 102

5.1　引言　// 102

5.2　磷酸盐类电极材料　// 104

5.2.1　过渡金属磷酸钠（PO43?）　// 104

5.2.2　过渡金属偏磷酸钠(PO43?)3　// 106

5.2.3　过渡金属焦磷酸钠（P2O74?）　// 108

5.2.4　过渡金属氧磷酸钠（OPO4）　// 110

5.2.5　过渡金属氟磷酸钠　// 112

5.2.6　氟化氧磷酸钒钠Na3V2(PO4)2F3?xOx(0≤x≤2)　// 113

5.2.7　过渡金属亚硝酸钠Na2MⅡ2(PO3)3N和Na3MⅢ(PO3)3N　// 116

5.3　混合聚阴离子类电极材料　// 117

5.3.1　磷酸盐-焦磷酸盐混合聚阴离子化合物[(PO4)(P2O7)]　// 117

5.3.2　碳酸盐-磷酸盐混合聚阴离子化合物[(CO3)(PO4)]　// 121

5.4　总结与展望　// 122

参考文献　// 125

第6章　钠离子电池的普鲁士蓝电极　// 133

6.1　概述　// 133

6.2　结构与化学键　// 133

6.3　影响电化学行为的因素　// 135

6.3.1　结构转变　// 135

6.3.2　空位和水分子　// 136

6.4　合成策略　// 137

6.4.1　溶液共沉积法　// 137

6.4.2　水热法/溶剂热法　// 137

6.4.3　电镀　// 138

6.5　水性钠离子电池　// 138

6.5.1　单氧化还原PBA　// 138

6.5.2　多电子氧化还原PBA　// 139

6.5.3　全PBA水性钠离子全电池（ASIB）　// 140

6.6　非水性SIB　// 141

6.6.1　NaxM[Fe(CN)6]?单氧化还原位点　// 141

6.6.2　NaxM[Fe(CN)6]?多氧化还原位点　// 143

6.6.3　NaxM[A(CN)6]?改变C-配位金属　// 144

6.7　商业化实用性　// 145

6.8　挑战和未来方向　// 145

参考文献　// 146

第7章　利用原位X射线和中子散射技术从原子尺度研究

钠离子电池　// 151

7.1　原位研究的重要性和优点　// 151

7.2　原位X射线粉末衍射　// 154

7.2.1　X射线源和探测器的选择　// 154

7.2.2　设计基于X射线粉末衍射的原位电池　// 156

7.2.3　构建适用于原位X射线衍射实验的钠离子电池　// 157

7.2.4　X射线粉末衍射数据的分析　// 159

7.3　基于原位X射线粉末衍射技术研究钠离子电池的实例　// 160

7.4　能提供结构信息的其他原位技术　// 162

7.4.1　中子粉末衍射　// 162

7.4.2　利用全散射和对分布函数分析局域原子结构　// 163

参考文献　// 166

第8章　钠离子电池的核磁共振研究　// 170

8.1　概述　// 170

8.2　电池材料的NMR相互作用　// 171

8.2.1　四极相互作用　// 171

8.2.2　顺磁作用　// 173

8.2.3　奈特位移　// 174

8.3　电池材料NMR谱的采集　// 175

8.3.1　魔角旋转　// 175

8.3.2　电池材料的非原位NMR表征　// 177

8.3.3　电化学池的工况原位/现场原位NMR检测　// 178

8.4　案例　// 180

8.4.1　碳基负极的嵌钠反应　// 180

8.4.2　正极材料的固体NMR研究　// 188

8.4.3　NaPF6?基电解液的分解　// 192

8.5　总结与展望　// 194

参考文献　// 195

第9章　钠离子电池电极材料模拟　// 203

9.1　概述　// 203

9.2　密度泛函理论和分子动力学模拟　// 203

9.2.1　DFT模拟中的近似值　// 204

9.2.2　吸附能和插层能　// 204

9.2.3　相稳定性　// 205

9.2.4　电压曲线　// 205

9.2.5　钠迁移和扩散　// 205

9.3　正极材料　// 206

9.3.1　层状正极材料　// 206

9.3.2　聚阴离子正极材料　// 209

9.3.3　普鲁士蓝类似物　// 214

9.4　负极材料　// 215

9.4.1　碳基负极材料　// 215

9.4.2　二维负极材料　// 218

9.4.3　层状负极材料　// 220

9.4.4　合金钠离子电池负极材料　// 225

9.5　总结　// 228

致谢　// 229

参考文献　// 229

第10章　对分布函数在钠离子电池研究中的应用　// 237

10.1　全散射及对分布函数（PDF）简介　// 237

10.1.1　常规晶体分析（布拉格衍射）和全散射　// 237

10.1.2　对分布函数的定义　// 238

10.1.3　获得对分布函数的实验方法　// 239

10.1.4　电池材料数据收集方法　// 240

10.2　分析对分布函数　// 242

10.2.1　独立于模型的分析　// 242

10.2.2　PDF分析建模　// 243

10.3　钠离子对分布函数分析电池材料　// 245

10.3.1　硬碳阳极　// 245

10.3.2　锡阳极　// 250

10.3.3　锑阳极　// 252

10.3.4　Na(Ni2/3Sb1/3)O2中的局域阳离子有序度　// 254

10.3.5　水钠锰矿材料　// 255

10.3.6　电解质　// 257

10.4　对分布函数应用的前景　// 258

参考文献　// 259