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| 編輯推薦： |
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1.在碳中和碳达峰的时代背景下，新能源产业链备受关注，储能器件及材料也是其中之一2.图文并茂，专业性强，实例丰富
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| 內容簡介： |
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《高安全性钛酸锌锂储能器件》全面而翔实地介绍了高安全性锂离子电池负极材料，提出了抑制LZTO容量攀升的方法，这有助于研究和开发具有安全性高且循环稳定性好的LZTO负极材料，对在混合动力电动汽车、纯电动汽车等领域有重大需求的高安全性锂离子电池的研究和开发具有重要意义。全书从制备方法探究、碳包覆改性、掺杂改性、引进氧缺陷改性等方面详细介绍了相关研究工作，可为这类高安全性负极材料的未来商业应用奠定相关理论和技术基础。本书可供能源化学、电化学工程等领域的研发技术人员阅读。
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| 目錄：
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第1章锂离子电池概论001
1.1概述001
1.1.1锂离子电池的发展历史002
1.1.2锂离子电池的结构和工作原理003
1.1.3锂离子电池负极材料的要求005
1.2锂离子电池的相关术语005
1.2.1电池的电动势及电压005
1.2.2电池的内阻006
1.2.3电池的容量和比容量006
1.2.4电池的能量和能量密度006
1.2.5电池的功率和功率密度007
1.2.6电池的充放电速率007
1.2.7电池的荷电状态和放电深度007
1.2.8电池的库仑效率007
1.2.9电池的寿命、自放电及储存寿命007
第2章钛酸锌锂负极简介008
2.1钛酸锌锂负极材料的结构、电化学特性及优缺点008
2.1.1钛酸锌锂负极材料的结构008
2.1.2钛酸锌锂负极材料的优缺点008
2.1.3钛酸锌锂负极材料的电化学特性009
2.2钛酸锌锂负极材料的制备009
2.2.1高温固相法009
2.2.2共沉淀法010
2.2.3熔融盐法010
2.2.4溶胶-凝胶法011
2.2.5其它方法011
2.3钛酸锌锂负极材料的改性011
2.3.1纳米材料的构筑012
2.3.2化合物包覆改性012
2.3.3表面碳包覆修饰012
2.3.4金属离子掺杂013
第3章钛酸锌锂制备方法探究015
3.1低温熔融盐法制备钛酸锌锂015
3.1.1煅烧温度优化016
3.1.2煅烧时间优化020
3.1.3原材料优化024
3.2一步固相法制备钛酸锌锂033
3.2.1煅烧温度优化033
3.2.2煅烧时间优化039
3.2.3集流体的优化044
3.3溶胶-凝胶法制备钛酸锌锂052
3.3.1煅烧温度优化052
3.3.2煅烧时间优化054
3.3.3总金属离子与柠檬酸的摩尔比优化055
3.3.4最佳条件下制备的钛酸锌锂的物理性能057
3.4微波法制备钛酸锌锂059
3.4.1微波功率优化059
3.4.2微波时间优化060
3.4.3金属离子与络合剂比例优化062
3.4.4最佳条件下制备的钛酸锌锂的物理性能063
第4章包覆改性钛酸锌锂066
4.1碳包覆改性钛酸锌锂066
4.1.1β-CD为碳源包覆钛酸锌锂066
4.1.2ZIF-8为碳源包覆钛酸锌锂076
4.1.3EDTA为碳源包覆钛酸锌锂086
4.1.4Tween80为碳源包覆钛酸锌锂095
4.1.5NTA为碳源包覆钛酸锌锂101
4.1.6石墨烯为碳源包覆钛酸锌锂111
4.1.7石墨烯和碳纳米管为碳源包覆钛酸锌锂118
4.1.8多巴胺为碳源包覆钛酸锌锂123
4.1.9葡萄糖为碳源包覆钛酸锌锂131
4.2氧化物或聚合物包覆改性钛酸锌锂143
4.2.1三氧化镧/碳共包覆钛酸锌锂143
4.2.2聚合物包覆改性钛酸锌锂150
第5章掺杂改性钛酸锌锂161
5.1单掺杂改性钛酸锌锂161
5.1.1Mo掺杂钛酸锌锂161
5.1.2Nb掺杂钛酸锌锂168
5.1.3La掺杂钛酸锌锂180
5.2共掺杂改性钛酸锌锂188
5.2.1Mg-W共掺杂钛酸锌锂188
5.2.2Mo-P共掺杂钛酸锌锂199
5.3氧缺陷改性钛酸锌锂209
第6章钛酸锌锂在全电池及锂离子电容中的应用、相关计算222
6.1LiMn2O4/LZTO全电池222
6.2LiNi0.5Mn1.5O4/LZTO全电池224
6.3AC//LZTO锂离子电容器227
6.4第一性原理计算氧缺陷改性钛酸锌锂230
第7章结论与展望235
7.1结论235
7.2展望236
参考文献237
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| 內容試閱：
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在环境污染日益加剧的今天，化石燃料已不是人类生存所需能量的唯一来源，环保可再生能源成为人们关注的焦点。太阳能、风能、潮汐能等可再生清洁能源虽然对环境友好，但是由于受季节以及天气的影响不能保证能源的持续供应，无法满足人们日常所需。因此，需要配备高效的储能系统以保证能源的持续供应。锂离子电池是一种高效的储能设备，与铅酸、镍镉、镍氢电池等其它二次电池相比具有更高的能量密度和更长的循环寿命。生活中越来越多的电子产品，如笔记本电脑、手机、手表、照相机等便携式电子设备都以锂离子电池作为首选电源。随着社会的发展和科技的进步，锂离子电池也逐渐应用在电动汽车、航空航天以及潜水艇等大功率设备上，这为锂离子电池的发展提供了巨大的空间。
现在商业化的锂离子电池负极材料多为石墨碳材料，这种负极在大电流或者过充情况下易产生锂枝晶，枝晶容易刺穿隔膜，造成电池短路甚至爆炸，这给锂离子电池的使用带来了严重的安全隐患。新型Li2ZnTi3O8（LZTO）材料因为其较高的理论比容量（229mAh·g-1）和良好的循环稳定性，逐渐成为一种很有潜力的负极材料。Li2ZnTi3O8属于立方尖晶石结构，具有同Li4Ti5O12一样的“零应变”特性，空间群为P4332。Li2ZnTi3O8中Li与Zn以1∶1的原子比占据四面体位点，Li与Ti以1∶3的原子比随机占据八面体位点。所以Li2ZnTi3O8也可以写成(Li0.5Zn0.5)tet［Li0.5Ti1.5］octO4的形式，这种结构如上所述，有利于锂离子在电化学反应过程中脱嵌。LZTO具有许多优点：LZTO的嵌锂电势高，可以保证锂离子电池具有良好的安全性；与Li4Ti5O12相比，LZTO具有相对高的理论比容量；LZTO的零应变特性保证了其良好的循环性能；LZTO具有较宽的锂离子迁移通道；一般来说，Li4Ti5O12在固相法中的煅烧温度在800～900℃，煅烧时间约10h。LZTO的合成温度低于800℃，合成时间缩短为3～5h。因此，与Li4Ti5O12相比，LZTO的合成工艺简单，易于工业化。
Li2ZnTi3O8最早用于陶瓷领域，2010年福州大学的魏明灯课题组首次报道了LZTO的储锂性能。在0.1A·g-1的电流密度下，纳米棒状的LZTO循环30次放电比容量仍可以得到200mAh·g-1。随后，天津大学的唐致远课题组、山东大学的白玉俊、丰田中央研发实验室的Kazuhiko Mukai对LZTO 进行了详细研究和报道。
经研究证明，Li2ZnTi3O8负极材料的放电过程可以分为三步。第一步是放电之初Li 嵌入材料八面体的4b和12d空位上，另外，该过程中四面体8b位置上的Li 和Zn2 不动。第二步是随着Li 不断嵌入八面体位置，四面体8b上的Li 和Zn2 从原来的位置上运动到Li 和Ti4 所在的八面体4b和12d位置上，可以看作是Ti4 的多次还原，并且移动到八面体位置的Li 和Zn2 对本身占据该位置的Li 和Ti4 没有影响。第三步是Li 嵌入到四面体8b的位置上，直到放电结束。该过程中的嵌Li 属于额外嵌入，也正是因为有这一步，使得Li2ZnTi3O8的实际比容量高于理论值。
尽管LZTO具有以上多种优点，但是其也存在电子电导率低的缺点；另外，随着研究的不断深入，我们发现LZTO对水特别敏感，这就对电解液的水分控制、极片的干燥提出了比较苛刻的要求。此外，LZTO在循环过程中出现了容量攀升的现象，这严重影响了其循环稳定性。这些问题都将直接影响LZTO材料未来的商业化应用前景。
本专著全面而翔实地介绍了新一代高安全性锂离子电池负极材料，帮助读者客观认识这种材料。更重要的是，本专著提出了抑制LZTO容量攀升的方法，这有助于研究和开发具有安全性高且循环稳定性好的LZTO负极材料，对在混合电动汽车、纯电动汽车等领域有重大需求的高安全性锂离子电池的研究和开发具有重要意义。另外，本专著从制备方法探究、碳包覆改性、掺杂改性、引进氧缺陷改性等方面详细介绍了本课题组的研究工作。本专著的撰写与出版，有望为高安全性负极材料的未来商业应用奠定相关理论和技术基础。
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