本书主要介绍了高比能锂离子电池正负极材料，全固态电池及其金属离子在固体电解质中的输运问题和电极 /电解质界面问题，空气电池与锂硫电池及其锂负极保护关键技术，水系高价离子电池，其他碱金属离子电池以及锂电池的回收与再利用关键技术等。体现了目前最新的各类电池材料技术基础和应用现状，并同时对各种新体系电池的关键科学问题、存在的难点、发展趋势等进行了分析。
本书适用于从事电池材料研发、生产和应用的科研人员和工程师阅读参考，也可作为新能源储能材料与器件相关专业师生的教学用书。

第1章　高比能锂离子电池 001
1.1　锂离子电池概述 001
1.2　正极材料 002
1.2.1　层状型钴酸锂 003
1.2.2　尖晶石型锰酸锂 005
1.2.3　聚阴离子型正极材料 006
1.2.4　三元镍钴锰正极材料 009
1.3　负极材料 012
1.3.1　碳材料 012
1.3.2　硅基合金 014
1.4　电解液 016
1.4.1　电解液溶剂 016
1.4.2　电解液添加剂 020
1.5　其他辅助材料 025
1.6　界面稳定性 027
1.6.1　SEI 028
1.6.2　CEI 030
1.7　电池减重和电池组设计 032
1.7.1　电池壳减重 033
1.7.2　集流体减重 033
1.7.3　降低隔膜厚度 034
1.7.4　电池组设计 034
1.8　小结 035
参考文献 036

第2章　锂硫电池 042
2.1　锂硫电池概述 042
2.2　锂硫电池的基本原理及发展历程 043
2.2.1　发展历程 043
2.2.2　组成及工作原理 045
2.2.3　锂硫电池存在的问题及研究现状 047
2.3　锂硫电池正极材料 050
2.3.1　正极活性物质 050
2.3.2　载体材料 053
2.4　锂硫电池负极材料 059
2.4.1　金属锂负极的应用挑战 060
2.4.2　稳定金属锂负极策略 062
2.4.3　锂金属负极未来发展展望 071
2.5　锂硫电池电解液 072
2.5.1　溶剂和盐的调控 072
2.5.2　新型电解质添加剂 073
2.5.3　LiPSs的利用 074
2.5.4　可溶性氧化还原介体 074
2.6　锂硫电池非活性材料 075
2.6.1　集流体 075
2.6.2　隔膜及功能夹层 076
2.6.3　导电添加剂 077
2.6.4　黏结剂 078
2.7　锂硫电池的实用化及展望 079
参考文献 080

第3章　锂空气电池 085
3.1　锂空气电池概述 085
3.2　锂空气电池工作原理及结构 085
3.3　锂空气电池空气正极及催化剂的研究进展 091
3.3.1　碳材料 091
3.3.2　金属及金属化合物 093
3.3.3　复合材料 094
3.3.4　锂空气电池电解液体系的研究进展 095
3.4　锂空气电池负极以及隔膜的研究进展 100
3.4.1　锂金属负极 100
3.4.2　锂合金负极 103
3.4.3　隔膜的开发与修饰 103
3.5　锂空气电池的应用及展望 104
参考文献 104

第4章　全固态电池 108
4.1　全固态电池概述 108
4.1.1　全固态电池的特点 108
4.1.2　全固态电池的关键参数 109
4.2　固体电解质 111
4.2.1　氧化物固体电解质 111
4.2.2　硫化物固体电解质 113
4.2.3　氯化物固体电解质 118
4.2.4　氢化物固体电解质 120
4.2.5　聚合物固体电解质 122
4.3　全固态电池中的界面 124
4.3.1　界面固相接触问题 124
4.3.2　界面电荷传输问题 129
4.3.3　界面枝晶生长问题 134
4.3.4　界面问题的解决策略 139
4.4　典型全固态电池体系 146
4.4.1　Li|LiPON|LiCoO2薄膜全固态电池 146
4.4.2　Li|LiPSCl|LiCoO2高能量密度全固态电池 147
4.4.3　Li-S高能量密度全固态电池 147
4.4.4　Na|NaBH|NaVPO钠离子全固态电池 148
4.5　全固态电池的展望 149
参考文献 150

第5章　水系离子电池 162
5.1　水系电解液的优势 162
5.2　水系电解液面临的问题 163
5.2.1　电解液调控策略 164
5.2.2　电极调控策略 165
5.3　水系锂离子电池 166
5.3.1　水系锂离子电池概述 166
5.3.2　水系锂离子电池电解液 167
5.3.3　水系锂离子电池电极材料 168
5.4　水系钠离子电池 172
5.4.1　水系钠离子电池概述 172
5.4.2　水系钠离子电池电解液 172
5.4.3　水系钠离子电池电极材料 173
5.5　水系钾离子电池 179
5.5.1　水系钾离子电池概述 179
5.5.2　水系钾离子电池电解液 179
5.5.3　水系钾离子电池正极材料　 180
5.5.4　水系钾离子电池负极材料 181
5.6　水系多价金属离子电池 181
5.7　非金属离子电池 183
5.7.1　非金属阳离子电池 183
5.7.2　非金属阴离子电池 187
5.8　小结 189
参考文献 189

第6章　多价金属离子电池 193
6.1　锌离子电池 194
6.1.1　锌离子电池概述 194
6.1.2　锌离子电池电解液　 195
6.1.3　锌离子电池正极材料 196
6.1.4　锌离子电池负极材料　 198
6.2　镁离子电池 200
6.2.1　镁离子电池概述 200
6.2.2　非水系镁离子电池 201
6.2.3　水系镁离子电池 208
6.3　钙离子电池 210
6.3.1　钙离子电池概述 210
6.3.2　钙离子电池电解液 211
6.3.3　钙离子电池正极材料 212
6.3.4　钙离子电池负极材料 213
6.4　铝离子电池 216
6.4.1　铝离子电池概述 216
6.4.2　非水系铝离子电池 218
6.4.3　水系铝离子电池 222
参考文献 223

第7章　钠离子电池和钾离子电池 227
7.1　钠离子电池 227
7.1.1　钠离子电池的发展历史 227
7.1.2　钠离子电池的组成及工作原理 229
7.1.3　钠离子电池的正极材料 231
7.1.4　钠离子电池的负极材料 238
7.1.5　钠离子电池的特点 240
7.1.6　钠离子电池的挑战 240
7.2　钾离子电池 241
7.2.1　钾离子电池的发展历史 241
7.2.2　钾离子电池的组成及工作原理 242
7.2.3　钾离子电池的正极材料 243
7.2.4　钾离子电池的负极材料 249
7.2.5　钾离子电池的特点 252
7.2.6　钾离子电池的挑战 253
参考文献 254

第8章　锂离子电池回收与再利用 257
8.1　回收与再利用概述 257
8.2　锂离子电池的结构组成 259
8.3　锂离子电池的梯次利用与再制造 261
8.3.1　梯次利用电池筛选 263
8.3.2　退役动力电池性能测试 263
8.3.3　锂离子电池拆解预处理技术 265
8.3.4　正极材料回收 268
8.3.5　负极材料回收 272
8.3.6　负极材料再利用 275
8.3.7　电解液回收 277
8.3.8　电解质成分分离和再生 281
8.4　环保政策和法规 284
8.5　小结 285
参考文献 286

能源是人类生存和经济发展的重要基础。当前，化石燃料的开发和使用带来的环境问题及能源危机已成为人类社会面临的重大挑战之一。储能技术在可再生能源电网系统中占据关键地位，不仅能提升风能、太阳能等清洁能源的消纳能力，还能推动新能源汽车等产业的快速发展。因此，储能技术不仅是未来综合能源系统发展的核心技术，也是我国实现能源转型的重要组成部分。在实现“双碳”目标的过程中，储能技术将扮演关键角色，深远影响未来国家的能源结构和能源安全。
储能电池作为储能系统中的核心能量存储组件，是储能产业链中不可或缺的一环。在过去的五十年中，以锂离子电池为代表的电化学储能体系取得了显著进步。然而，随着各类新能源产业的迅速发展，储能电池的性能要求不断提高，新型储能电池的发展变得尤为紧迫。
本书旨在全面梳理和解读各类新能源电池的基础理论、前沿科学以及产业应用技术现状与发展趋势，内容涵盖了关键科学理论与实际应用进展，在注重介绍器件应用的同时，强调基础电化学与材料科学知识以及研究方法的重要性，并紧跟各分支领域的最新进展。本书既可作为电化学、能源材料、储能技术等专业研究生的基础教材，也可作为电化学储能材料与器件领域科研工作者的参考书籍，有助于激发电化学储能基础理论与应用的创新思维，以应对我国储能产业快速发展带来的机遇和挑战。
本书由郑时有、杨俊和、袁涛等编著，并负责书稿框架结构的搭建、内容的编排以及全书的统稿和审定工作。陈泰强和杨俊和编写了第 1章，探索高比能锂离子电池的关键组成部分，包括正极材料、负极材料、电解液及其他辅助材料，并深入探讨影响电池性能的界面稳定性以及电池组设计的减重策略。夏水鑫编写了第 2章锂硫电池，分析了该领域的最新进展与发展动态。骆赛男和阮佳锋编写了第 3章锂空气电池，探讨了锂空气电池的基本原理及研究进展。庞越鹏和郑时有编写了第 4章全固态电池，深入探讨了固态电池的关键技术和应用前景。李馨编写了第 5章水系离子电池和第 6章多价金属离子电池，探讨了水系电池的优势及多价金属离子电池的应用前景。袁涛编写了第 7章钠 /钾离子电池，深入探讨了这两种电池的组成、工作原理以及潜在应用，并提出了对未来研究方向的见解。陈泰强编写了第 8章锂离子电池回收与再利用，分析了锂电池回收关键技术以及环保政策与法规。
本书在编写过程中，得到了上海理工大学新能源材料团队全体老师的鼎力支持，在此表示衷心的感谢。此外，本书的出版还得到了上海理工大学一流本科系列教材基金的支持，在此同样表示衷心的感谢。
由于各类电池技术正处于快速发展阶段，不断有新的理论与研究成果涌现，因此本书难免存在遗漏之处。希望各位专家学者批评指正，并提出宝贵意见，以便及时补充和修订。

编著者
2024年10月