為解決能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題，基于可再生能源構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的綠色能源體系，已成為人類社會(huì)面臨的緊迫課題。以鋰離子電池為代表的二次電池技術(shù)，有力地支撐了消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變革。

世界主要國(guó)家電池發(fā)展規(guī)劃及正極發(fā)展趨勢(shì)

在未來(lái)綠色能源體系中，二次電池將承載越來(lái)越重要的使命。動(dòng)力電池將支撐電動(dòng)汽車、電動(dòng)飛機(jī)等交通工具的產(chǎn)業(yè)發(fā)展；儲(chǔ)能電池將承擔(dān)清潔能源的儲(chǔ)存、釋放和管理等核心功能；特種電池將為國(guó)防安全、太空和深海探測(cè)等領(lǐng)域提供有力保障；高性能電池還將有力促進(jìn)人工智能、機(jī)器人等高新技術(shù)的發(fā)展。為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)科技快速發(fā)展對(duì)電池更高性能的要求，世界主要經(jīng)濟(jì)體均提出了電池發(fā)展規(guī)劃和能量密度指標(biāo)，以期占據(jù)未來(lái)科技產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

LLOs 的結(jié)構(gòu)示意圖：(a)LiTMO?；(b)Li?MnO?

材料是先進(jìn)電池的物質(zhì)基礎(chǔ)。從鋰離子電池發(fā)展史來(lái)看，新型正極材料通常對(duì)鋰離子電池的發(fā)展起到里程碑式的推動(dòng)作用。面向下一代高能量密度鋰離子電池，正極材料成為主要瓶頸。在鋰離子電池正極材料家族中，富鋰層狀氧化物(lithium-rich layered oxides，LLOs)正極材料具有特殊意義：

• LLOs 具有遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)正極材料的比容量，是實(shí)現(xiàn)下一代高能鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)路線之一；

• LLOs 的特殊晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)反應(yīng)行為，深化了科研人員對(duì)正極材料的科學(xué)理解，形成了氧陰離子氧化還原活性等重要科學(xué)思路；
  

• LLOs 的相關(guān)研究還催生了多種新型鋰/鈉離子電池正極材料的發(fā)展。

基于LLOs 的晶疇電池材料示意圖

隨著研究的不斷深入，LLOs 的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)優(yōu)化和適配應(yīng)用逐漸獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。近年來(lái)商業(yè)化進(jìn)程正快速推進(jìn)，處于規(guī)?；瘧?yīng)用的前夜。基于LLOs 正極材料的高能鋰離子電池，將成為交通電氣化、設(shè)備智能化和能源低碳化等產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵支撐。

作者在LLOs 領(lǐng)域的系統(tǒng)性研究工作

然而，國(guó)內(nèi)外聚焦LLOs 的專著還極為匱乏，遠(yuǎn)不能滿足科研工作者和技術(shù)研發(fā)人員的參考需求。鑒于此，北京工業(yè)大學(xué)尉海軍教授基于自身在LLOs 領(lǐng)域的十余年持續(xù)科學(xué)研究和實(shí)踐積累，融合該領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、最新研究進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿撰寫《高能鋰離子電池富鋰正極材料》，以期系統(tǒng)介紹和探討LLOs 的相關(guān)進(jìn)展。

高能鋰離子電池富鋰正極材料

尉海軍 著

北京 : 科學(xué)出版社, 2025. 9

(儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)叢書)

ISBN 978-7-03-083090-6

本書從LLOs 在正極材料家族中的定位展開(第1 章)，首先介紹關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)理論方法(第2 章和第3 章)和富鋰正極模型材料研究(第4 章)；進(jìn)一步，深入探討LLOs 晶體結(jié)構(gòu)的本質(zhì)(第5 章)和結(jié)構(gòu)演化規(guī)律(第6 章)，從而系統(tǒng)闡釋LLOs 的關(guān)鍵電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制(第7 章)；在此基礎(chǔ)上，闡述LLOs 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化的關(guān)鍵性策略(第8 章)和具有重要理論與實(shí)踐意義的梯度LLOs 開發(fā)(第9 章)，并介紹啟發(fā)于LLOs 的新型“富鋰”正極材料(第10 章)；最后，討論與LLOs 在鋰離子電池中的適配應(yīng)用相關(guān)的電解質(zhì)、電池等方面的進(jìn)展(第11 章)，并提出作者對(duì)于LLOs 領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展、科學(xué)延伸和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方面的管窺之見(jiàn)(第12 章)。

尉海軍教授從2010 年起聚焦富鋰錳基層狀氧化物正極材料的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化，在該領(lǐng)域具有突出的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)和廣泛的影響力，形成了清晰的研究脈絡(luò)和特色鮮明的學(xué)術(shù)思路，并實(shí)現(xiàn)了自主科技成果的轉(zhuǎn)化與孵化。該書是尉海軍教授基于自身在富鋰錳基層狀氧化物正極材料長(zhǎng)達(dá)15 年的研究積累，是系統(tǒng)介紹該材料的專著。書中圍繞作者本人在富鋰錳基層狀氧化物正極材料的結(jié)構(gòu)解析、結(jié)構(gòu)演化、反應(yīng)機(jī)制、性能優(yōu)化、適配應(yīng)用等方面的系統(tǒng)性科學(xué)成果，結(jié)合當(dāng)下全世界在該領(lǐng)域的重要學(xué)術(shù)進(jìn)展，對(duì)富鋰錳基層狀氧化物正極材料當(dāng)前的研究和產(chǎn)業(yè)化情況做了全面的介紹，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)提出了重要預(yù)測(cè)。

該書內(nèi)容豐富詳實(shí)、結(jié)構(gòu)清晰合理、系統(tǒng)性強(qiáng)、見(jiàn)解獨(dú)到，是一本不可多得的融合基礎(chǔ)科學(xué)理論、最新研究進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿的高水平科學(xué)著作。該書的出版，將填補(bǔ)富鋰錳基層狀氧化物正極材料的系統(tǒng)性科學(xué)專著的空白，有力地推進(jìn)了富鋰錳基層狀氧化物正極材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，為豐富先進(jìn)電池技術(shù)領(lǐng)域的科研工作做出貢獻(xiàn)，為我國(guó)先進(jìn)電池技術(shù)領(lǐng)域的科研工作者和工程技術(shù)人員提供有益參考。

陳立泉

中國(guó)工程院院士

2025 年8 月

本文摘編自《高能鋰離子電池富鋰正極材料》（尉海軍著. 北京 : 科學(xué)出版社, 2025. 9）一書“前言”“序”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

(儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)叢書)

ISBN 978-7-03-083090-6

責(zé)任編輯：范運(yùn)年

富鋰層狀氧化物正極材料具有突出的高能量密度等優(yōu)勢(shì)，是下一代高能鋰離子電池正極材料的重要方案，已成為近年來(lái)學(xué)術(shù)研究和技術(shù)研發(fā)的熱點(diǎn)。本書基于作者在該領(lǐng)域十余年的持續(xù)研究和實(shí)踐積累，融合該領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、最新研究進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿，系統(tǒng)介紹LLOs 結(jié)構(gòu)解析、結(jié)構(gòu)演化、反應(yīng)機(jī)制、設(shè)計(jì)優(yōu)化、適配應(yīng)用等方面的進(jìn)展，并探討了LLOs 在基礎(chǔ)前沿研究方面的發(fā)展與延伸，以及在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面的趨勢(shì)與挑戰(zhàn)。

本書可供從事能源化學(xué)/材料學(xué)、二次電池及應(yīng)用的科研技術(shù)人員、高等院校相關(guān)專業(yè)師生，以及新能源領(lǐng)域的政策制定/產(chǎn)業(yè)投資決策人員參考。

（本文編輯： 劉四旦 ）

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