铝电池由于负极成本低、电池安全性高、循环寿命长、宽温性能优异、无记忆效应等优点而广受关注。本书主要从铝电池发展历程、研究进展、面临的问题等方面进行全面梳理，并从热力学与动力学、原位表征、多尺度结构设计等方面进行机理与性能的分析，力求在电池电化学性能和结构兼容性方面取得突破，并为高性能可充电铝电池的发展提供新见解。
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目录
前言
第一部分 概述
第1章 铝电池简介 3
1.1 背景与发展需求 3
1.2 铝电池的发展历史 6
1.2.1 铝–空气电池发展历史 6
1.2.2 水系铝电池发展历史 6
1.2.3 非水系铝电池发展历史 7
1.3 铝电池的应用前景 9
参考文献 10
第二部分 铝--空气电池
第2章 铝--空气电池基础与原理 17
2.1 铝–空气电池概述 17
2.2 铝–空气电池结构与电化学 17
2.3 铝–空气电池性能与应用前景 19
参考文献 19
第3章 空气电极电化学过程21
3.1 空气电极类型与结构 21
3.1.1 空气电极类型 21
3.1.2 空气电极结构与设计 22
3.1.3 空气电极布局与结构 23
3.1.4 空气电极存在的问题 27
3.2 空气电极氧还原与析出过程 27
3.2.1 氧还原基本过程 28
3.2.2 氧析出基本过程 28
3.2.3 氧析出与还原过程的可能机理 29
3.3 空气电极催化剂材料 31
3.3.1 贵金属和合金催化剂(铂基催化剂) 31
3.3.2 碳基催化剂 32
3.3.3 金属氧化物催化剂 33
3.3.4 钙钛矿型氧化物催化剂 34
3.3.5 尖晶石型催化剂 35
3.3.6 金属大环化合物 36
参考文献 38
第4章 铝--空气电池用铝负极 41
4.1 二元合金负极.42
4.1.1 铝镓合金负极 43
4.1.2 铝铟合金负极 44
4.1.3 铝锡合金负极 45
4.1.4 其他二元合金负极 45
4.2 三元、四元和多组分铝负极 48
4.3 商业铝负极 52
4.4 铝负极材料加工制备 54
参考文献 60
第5章 电解质与添加剂 68
5.1 电解质 68
5.2 电解质添加剂 69
5.2.1 无机添加剂 69
5.2.2 有机添加剂 71
5.2.3 混合添加剂 74
5.3 电解液设计与配置 76
参考文献 78
第6章 铝--空气电池设计与制造 87
6.1 大功率储能铝–空气电池 87
6.1.1 大功率储能铝–空气电池系统 87
6.1.2 大功率储能铝–空气电池设计 89
6.1.3 铝–空气电池运行 91
6.2 可穿戴柔性铝–空气电池设计与组装 92
6.2.1 纸片柔性铝–空气电池 92
6.2.2 固态电解质柔性铝–空气电池 96
6.3 多功能组合铝–空气电池 101
参考文献 102
第7章 二次铝--空气电池.106
7.1 电解液 106
7.1.1 离子液体电解液 106
7.1.2 固体电解质 112
7.2 空气电极氧还原与析出过程 115
7.3 空气电极催化材料 117
7.3.1 碳基催化材料 117
7.3.2 氧化物基催化材料 119
7.3.3 非氧化物基材料 123
7.3.4 金属–有机框架材料 124
参考文献 126
第8章 铝--空气电池未来挑战与展望 133
8.1 空气电极材料铝负极材料 133
8.2 空气电极材料 134
8.3 电解质添加剂 135
8.4 铝–空气电池系统及循环管理 135
第三部分 水系铝电池
第9章 水系铝电池基础与原理 139
9.1 水系铝电池工作原理139
9.1.1 嵌入/脱出机理 139
9.1.2 电化学转换机理 143
9.2 水系铝电池结构与组件 147
9.2.1 单一性铝盐电解液 149
9.2.2 含功能性添加剂的电解液 150
9.2.3 凝胶聚合物电解质 150
9.3 水系铝电池的应用前景 152
参考文献 153
第10章 水系铝电池电解质 157
10.1 水系铝电池电解质简介 157
10.2 电解质的热力学分析.159
10.3 液体电解质.161
10.3.1 碱性溶液电解质 162
10.3.2 强酸性溶液电解质 163
10.4 凝胶聚合物电解质 174
参考文献 177
第11章 水系铝电池负极材料 180
11.1 水系铝电池负极材料简介 180
11.2 钝化膜与析氢反应 180
11.3 铝负极 181
11.3.1 离子液体预处理铝负极构建SEI膜 181
11.3.2 采用“盐包水”电解质构建SEI膜 184
11.4 铝合金材料 185
11.5 金属氧化物 186
11.5.1 TiO2 186
11.5.2 MoO3 191
11.5.3 其他氧化物 193
11.6 有机类材料 194
11.6.1 有机聚合物负极 194
11.6.2 有机小分子负极 195
参考文献 196
第12章 水系铝电池正极材料 199
12.1 水系铝电池正极材料简介 199
12.2 过渡金属氧化物 200
12.2.1 钒系电极材料 200
12.2.2 锰系电极材料 204
12.2.3 铋系电极材料 207
12.2.4 钨系电极材料 209
12.3 普鲁士类结构电极材料 212
12.3.1 CuHCF框架电极材料 213
12.3.2 FeFe(CN)6框架电极材料 215
12.3.3 六氰基铁酸镍钾(KNHCF)框架电极材料 219
12.3.4 六氰铁酸钴钾(K2CoFe(CN)6)框架电极材料 221
12.3.5 K2CuFe(CN)6框架电极材料 227
12.3.6 Na1.68Mn[Fe(CN)6]·1.7H2O(NMHCF)框架电极材料 230
12.3.7 Mn4[Fe(CN)6]2.88Δ0.29·11.8H2O 框架电极材料 232
12.4 碳材料 235
12.5 有机材料 236
12.5.1 吩嗪有机正极材料 236
12.5.2 醌类有机材料 239
参考文献 241
第13章 水系铝电池未来挑战与展望 244
13.1 水系铝电池面临的挑战 244
13.1.1 材料层面 244
13.1.2 电解质方面 248
13.1.3 电池结构方面 250
13.2 水系铝电池的发展方向 252
13.2.1 铝电池实际评估与应用 252
13.2.2 未来发展预期 254
参考文献 255
第四部分 非水系铝电池
第14章 非水系铝电池基础与原理 261
14.1 非水系铝电池的电化学反应原理 261
14.1.1 嵌入/脱出机理 261
14.1.2 吸附/脱附机理 263
14.1.3 电化学转化机理 264
14.2 非水系铝电池的热力学与动力学 265
14.2.1 非水系铝电池热力学分析 265
14.2.2 非水系铝电池动力学分析 267
14.2.3 热力学和动力学理解 273
参考文献 274
第15章 非水系铝电池电解质 278
15.1 非水系铝电池电解质简介 278
15.2 非水系电解液物理化学性质 279
15.3 离子液体电解液 279
15.3.1 AlCl3/咪唑类离子液体 280
15.3.2 AlCl3/季铵盐类离子液体 282
15.3.3 AlCl3/吡啶类离子液体 284
15.3.4 其他新型常温电解液 285
15.4 熔融盐电解质 287
15.4.1 AlCl3基二元体系 288
15.4.2 AlCl3基三元体系 290
15.4.3 AlCl3基四元体系 292
15.5 固态电解质 294
15.5.1 聚合物骨架的选择 296
15.5.2 增塑剂的影响 297
参考文献 310
第16章 非水系铝电池正极材料 315
16.1 非水系铝电池正极材料简介 315
16.2 碳材料 315
16.2.1 石墨纸 315
16.2.2 泡沫石墨 318
16.2.3 膨胀石墨 320
16.2.4 自然石墨 321
16.2.5 无定形碳转化石墨 322
16.2.6 石墨烯 324
16.2.7 碳纳米笼 327
16.2.8 碳纳米纤维 328
16.2.9 金属–有机框架化合物衍生多孔碳 329
16.2.10 多孔碳材料 330
16.3 氧化物 331
16.3.1 氧化钒 332
16.3.2 氧化钛 334
16.3.3 氧化钴 335
16.3.4 氧化锡 337
16.3.5 氧化铜 338
16.3.6 氧化锰 339
16.3.7 氧化钨 339
16.3.8 氧化碲 340
16.4 硫及硫化物 340
16.4.1 硫单质 340
16.4.2 硫化铁 341
16.4.3 硫化镍 342
16.4.4 硫化铜 344
16.4.5 硫化钒 344
16.4.6 硫化钼 346
16.4.7 硫化钛 349
16.4.8 硫化锡 350
16.4.9 镍钴硫化物 351
16.5 硒及硒化物 353
16.5.1 硒正极材料 353
16.5.2 非水系硒化物正极材料 357
16.6 碲及碲化物 362
16.6.1 碲正极材料 362
16.6.2 过渡金属碲化物正极材料 366
16.7 锑单质 368
16.8 有机类材料 370
16.8.1 导电高分子 370
16.8.2 含C=O有机材料 376
16.8.3 含C≡N有机材料 379
16.8.4 其他有机材料 380
16.9 其他材料 381
16.9.1 金属有机骨架 381
16.9.2 硼化钴 383
16.9.3 磷及磷化物 384
16.9.4 氯化物 388
16.9.5 MXene 388
参考文献 389
第17章 非水系铝电池负极材料 397
17.1 非水系铝电池负极材料简介 397
17.2 铝负极腐蚀机理 398
17.2.1 钝化膜 399
17.2.2 腐蚀溶解 400
17.2.3 枝晶 402
17.3 碳基负极材料 402
17.3.1 石墨负极 402
17.3.2 碳布负极 404
17.3.3 氮掺杂碳棒阵列负极 406
17.4 其他负极材料 407
17.4.1 合金负极 407
17.4.2 液态金属镓负极 411
参考文献 412
第18章 非水系铝电池非活性材料415
18.1 非水系铝电池非活性材料简介 415
18.2 集流体 415
18.2.1 金属集流体 416
18.2.2 碳质集流体 420
18.2.3 其他非金属集流体 422
18.3 黏结剂 424
18.3.1 PVDF 失活机理 424
18.3.2 其他黏结剂 426
18.4 隔膜 429
18.4.1 玻璃纤维隔膜 429
18.4.2 聚丙烯腈隔膜 429
18.4.3 CMK-3涂层改性隔膜 431
参考文献 432
第19章 非水系铝电池原位表征技术与模拟仿真 434
19.1 简介 434
19.2 原位成像技术 434
19.2.1 原位SEM 435
19.2.2 原位TEM 436
19.2.3 原位X射线层析成像技术 438
19.2.4 原位AFM 438
19.2.5 原位光学成像技术 440
19.3 原位光谱技术 442
19.3.1 原位 XRD 442
19.3.2 原位Raman 444
19.3.3 原位XPS 446
19.4 在线气体分析技术 447
19.5 第一性原理计算 449
19.6 模拟仿真在非水系铝电池中的应用 452
参考文献 455
第20章 非水系铝电池未来挑战与展望 457
20.1 非水系铝电池总结 457
20.2 非水系铝电池面临的挑战 457
20.2.1 材料层面 457
20.2.2 电池结构层面 460
20.3 非水系铝电池发展预测 461
20.3.1 非水系铝电池实际评估 461
20.3.2 电池能量密度估算 465
20.3.3 未来发展预期 467
参考文献 469
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