《新能源材料与器件制备技术》系统介绍光伏材料与电池、锂离子电池材料与电池、氢能与燃料电池，以及超级电容器等的基本概念、基本原理、生产工艺和核心设备以及生产过程中的环境污染与治理的基本知识。书中以典型的、规模化的新能源材料或器件为例，将本专业所涉及的基本原理、工艺过程、关键设备等知识集成一体,使学生系统掌握新源材料与器件的核心知识,帮助学生知悉和掌握新能源材料与器件中的生产过程,并且能够解决生产过程中遇到的基本科学与技术问题，以满足新兴产业对人才的需要。
本书既可作为高等院校新能源相关专业的本科生、研究生的教材，也可以供新能源相关领域的工程技术人员参考。
张云，四川大学材料科学与工程，教授，博导，张 云，男，1968年生，四川大学教授，博士生导师，四川省学术与技术带头人后备人选，中国化学会电化学委员会委员。1992年和1995年分获东北大学有色冶金专业工学学士和硕士学位，2006年获四川大学材料物理化学专业工学博士学位；1995年～2001年在成都理工大学应用化学系工作，2006年～2007年英国牛津大学化学系访问学者。
主要从事锂离子电池关键材料和储能技术开发与产业化、纳米粉体材料的合成与应用研究等方向的教学与科研工作。参加或承担各类科研项目20余项，包括国家“863”、国家“973”、国家自然科学基金重点、四川省科技攻关以及校企合作项目；获国家授权发明专利6项，公开国家发明专利15项；在Advanced Functional Materials,J. Mater. Chem. A.ACS Applied Materials & Interfaces. J. Power Sources, Colliods and Surface B, J.Alloys Compd.及《化学学报》等期刊发表SCI论文40余篇。
第1章概述
1.1新能源材料与器件的基本概念 001
1.1.1新能源 001
1.1.2新能源材料 001
1.1.3新能源器件 002
1.2新能源材料与器件的发展趋势 002
1.2.1光伏材料与器件 002
1.2.2锂离子电池材料与器件 004
1.2.3氢能与燃料电池 004
习题 005
参考文献 005
第2章晶体硅太阳电池材料制备技术
2.1硅太阳电池材料概述 006
2.2高纯多晶硅料制备 007
2.2.1改良西门子法 008
2.2.2硅烷法 009
2.2.3流化床法 010
2.2.4冶金法 011
2.3硅棒及硅锭的制备 011
2.3.1单晶硅棒的制备 011
2.3.2多晶硅锭的制备 014
2.4硅片制备 015
2.4.1单晶硅片的制备 016
2.4.2多晶硅片的制备 017
2.4.3多线切割技术 018
2.4.4新型硅片制备技术 018
习题 019
参考文献 019
第3章晶体硅太阳电池制备技术
3.1晶体硅太阳电池概述 020
3.2Al-BSF太阳电池 020
3.2.1清洗制绒工艺 021
3.2.2扩散制结工艺 023
3.2.3湿法刻蚀工艺 024
3.2.4减反射膜工艺 025
3.2.5电极制备工艺 026
3.2.6烧结工艺 027
3.3PERC太阳电池 027
3.3.1PERC太阳电池工艺流程 028
3.3.2钝化技术 029
3.3.3激光开膜技术 030
3.3.4选择性发射极技术 031
3.3.5载流子注入退火再生技术 031
3.4SHJ太阳电池 032
3.4.1SHJ太阳电池的能带特点 032
3.4.2SHJ太阳电池的结构 033
3.4.3SHJ太阳电池工艺 035
3.4.4SHJ太阳电池的优点 037
3.5TOPCon太阳电池 038
3.5.1TOPCon太阳电池的结构及原理 038
3.5.2TOPCon太阳电池工艺 039
3.5.3TOPCon太阳电池发展方向 043
3.6光伏组件技术 044
3.6.1组件工艺流程 044
3.6.2组件封装材料 046
3.6.3高效组件技术 049
习题 050
参考文献 050
第4章薄膜太阳电池原理与制备技术
4.1薄膜太阳电池概述 051
4.2碲化镉薄膜太阳电池 051
4.2.1碲化镉材料的性质 051
4.2.2高效碲化镉薄膜太阳电池的结构 052
4.2.3高效碲化镉薄膜太阳电池的制备技术 055
4.2.4限制碲化镉薄膜太阳电池效率的因素 057
4.3CIGS太阳电池 057
4.3.1CIGS太阳电池材料性质 057
4.3.2CIGS薄膜太阳电池的结构及制备技术 060
4.3.3CIGS太阳电池的发展潜力及局限 064
4.4砷化镓太阳电池 065
4.4.1砷化镓材料的主要性质 065
4.4.2砷化镓太阳电池的制备技术 067
4.4.3高效砷化镓薄膜太阳电池的结构 069
4.4.4限制砷化镓薄膜太阳电池转换效率的因素 070
4.5钙钛矿太阳电池 072
4.5.1铅卤钙钛矿材料的主要性质 072
4.5.2铅卤钙钛矿薄膜的制备技术 073
4.5.3限制铅卤钙钛矿薄膜太阳电池转换效率的因素 074
4.6非晶硅薄膜太阳电池 076
4.6.1非晶硅材料的物理特性 076
4.6.2非晶硅薄膜材料的制备方法 078
4.6.3非晶硅薄膜太阳电池的结构 079
4.6.4影响非晶硅薄膜太阳电池转换效率的因素 080
4.6.5非晶硅薄膜电池的发展方向 080
习题 081
参考文献 081
第5章锂离子电池正极材料制备技术
5.1正极材料概述 082
5.1.1正极材料的发展历程 082
5.1.2正极材料的种类 082
5.2正极材料的结构与电化学特征 083
5.2.1层状结构正极材料 083
5.2.2尖晶石型正极材料 085
5.2.3橄榄石型正极材料 086
5.3三元正极材料制备技术 088
5.3.1概述 088
5.3.2三元前驱体的合成 088
5.3.3三元正极材料的高温合成 093
5.3.4三元正极材料的改性研究 097
5.4磷酸铁锂正极材料制备技术 098
5.4.1概述 098
5.4.2磷酸铁的制备工艺 099
5.4.3磷酸铁锂 碳正极材料的高温合成 103
5.4.4磷酸铁锂正极材料的改性 105
5.5其它正极材料制备技术 106
5.5.1钴酸锂的生产工艺 106
5.5.2锰酸锂的生产工艺 107
习题 109
参考文献 110
第6章锂离子电池负极材料制备技术
6.1负极材料概述 111
6.1.1负极材料发展历史 111
6.1.2负极材料分类 111
6.2负极材料性能要求 111
6.3天然石墨负极材料 113
6.3.1天然石墨负极材料的定义 113
6.3.2天然石墨负极材料的脱嵌锂原理 114
6.3.3天然石墨负极制备工艺 114
6.3.4天然石墨的表面改性 117
6.4人造石墨负极材料 119
6.4.1人造石墨负极材料的定义 119
6.4.2人造石墨负极材料的脱嵌锂原理 119
6.4.3人造石墨材料制备工艺 120
6.5中间相炭微球 124
6.5.1中间相炭微球的形成 124
6.5.2中间相炭微球制备工艺 125
6.6硅基负极材料 127
6.6.1硅负极 127
6.6.2硅碳复合负极材料 129
6.6.3氧化亚硅负极 131
6.7钛酸锂负极材料 133
6.7.1概述 133
6.7.2钛酸锂负极材料制备工艺 134
习题 135
参考文献 135
第7章非水电解液原理及制备技术
7.1液态电解液功能添加剂 136
7.1.1固态电解质中间相成膜添加剂 136
7.1.2正极保护添加剂 138
7.1.3过充保护添加剂 138
7.1.4阻燃添加剂 139
7.2功能性液态电解液 140
7.2.1低温或高温电解液 140
7.2.2高倍率电解液 142
7.2.3安全性电解液 142
7.3凝胶电解质 143
7.3.1凝胶电解质的组成及特性 143
7.3.2凝胶电解质的制备技术 144
7.3.3凝胶电解质的电化学性质 145
7.4固态电解质 146
7.4.1聚合物固态电解质 147
7.4.2无机固态电解质 148
7.4.3固态电解质的电化学性质 151
7.5非水电解液关键材料的制备方法 152
7.5.1液态溶剂的制备技术 152
7.5.2关键电解质盐的制备技术 152
7.5.3固态电解质的制备技术 154
习题 156
参考文献 156
第8章锂离子电池隔膜制备技术
8.1隔膜基本要求与分类 157
8.1.1隔膜的基本要求 157
8.1.2隔膜的分类 160
8.2隔膜的制备工艺 162
8.2.1隔膜干法制备工艺 163
8.2.2隔膜湿法制备工艺 167
8.2.3湿法隔膜和干法隔膜的对比 169
8.2.4静电纺丝技术 169
8.3隔膜的改性 170
8.3.1涂层隔膜 170
8.3.2有机 无机复合隔膜 170
8.3.3新材料体系隔膜 170
习题 172
参考文献 172
第9章锂离子电磁的设计与制备技术
9.1锂离子电池的设计基础 173
9.1.1锂离子电池设计的原理 173
9.1.2锂离子电池设计的基本原则 174
9.1.3锂离子电池的设计要求 174
9.1.4锂离子电池的结构和性能设计 175
9.1.5锂离子电池保护电路的设计 177
9.2锂离子电池制备工艺 178
9.2.1圆柱形锂离子电池制备工艺 179
9.2.2软包电池制备工艺 183
9.2.3方形电池制备工艺 185
习题 186
参考文献 186
第10章超级电容器的原理及制备技术
10.1超级电容器概述 187
10.2双电层电容器 188
10.2.1双电层电容器的基本工作原理 188
10.2.2双电层电容器的储能理论 189
10.2.3双电层电容器所用碳材料 192
10.2.4碳材料双电层电容的影响因素 193
10.3不对称型超级电容器 195
10.3.1赝电容电化学电容器 195
10.3.2赝电容材料 196
10.3.3不对称型超级电容器 196
10.3.4常见的水系不对称型超级电容器构型 197
10.4超级电容器电解液 198
10.4.1超级电容器电解液概述 198
10.4.2超级电容器电解液的设计 198
10.4.3各种电解液中离子对电荷存储的影响 199
10.5超级电容器器件 200
10.6锂离子电容器 200
10.6.1锂离子电容器电极材料 202
10.6.2锂离子电容器的关键技术 204
10.6.3锂离子电容器的构型 206
10.7新型混合超级电容器 207
10.7.1钠离子电容器 207
10.7.2锌离子电容器 208
习题 208
参考文献 209
第11章制氢工艺与储氢材料制备技术
11.1氢经济与氢能 210
11.1.1氢经济与氢循环 210
11.1.2氢经济实现的路线 211
11.2制氢工艺与技术 211
11.2.1天然气-水蒸气重整制氢 212
11.2.2煤制氢技术 215
11.2.3电解水制氢技术 216
11.2.4碱性电解水制氢技术 217
11.2.5固体聚合物电解水制氢技术 219
11.3储运氢工艺与技术 220
11.3.1高压气瓶储氢 220
11.3.2氢气压缩 223
11.3.3液态氢储存工艺与技术 224
11.3.4氢气液化流程 224
11.3.5液氢储罐 225
11.3.6储氢合金制备工艺与技术 227
习题 230
参考文献 231
第12章燃料电池材料与器件原理与制备技术
12.1燃料电池概述 232
12.1.1化学电源与燃料电池 232
12.1.2燃料电池分类 232
12.1.3燃料电池的工作原理及应用场景 233
12.1.4燃料电池发展简史 237
12.2燃料电池基础 239
12.2.1燃料电池可逆电势及理论效率 239
12.2.2Butler-Volmer方程 240
12.2.3塔菲尔半经验公式 240
12.2.4燃料电池极化 241
12.2.5燃料电池实际效率 243
12.3燃料电池材料 244
12.3.1质子交换膜燃料电池构成及功能 244
12.3.2质子交换膜燃料电池关键材料 246
12.4质子交换膜燃料电池器件设计 257
12.4.1膜电极设计 257
12.4.2双极板流场设计 262
习题 267
参考文献 268
第13章环境污染与治理
13.1太阳电池与环境污染治理 269
13.1.1晶体硅和非晶硅产污分析 269
13.1.2气态污染物治理 273
13.1.3液态污染物治理 274
13.2锂离子电池与环境污染治理 275
13.2.1锂离子电池材料生产过程中的产污分析 276
13.2.2锂离子电池退役后的产污分析 276
13.2.3三元前驱体生产过程相关污染与治理 278
13.2.4磷酸铁生产过程相关污染与治理 280
13.2.5石墨负极材料生产过程相关污染与治理 280
习题 282
参考文献 282
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