《固态聚合物电解质设计原理与应用》立足新能源储能技术前沿，系统阐述功能高分子材料在固态电池中的设计原理、合成方法及应用机制。全书围绕固态聚合物电解质这一核心体系，全面介绍固态电池基础理论、离子传输机制、高分子结构设计、界面相容性调控及器件应用等关键内容，并深入探讨聚合物电解质的制备工艺、复合化策略及高压界面稳定化机制。与此同时，本书紧密结合当前“AI+材料”交叉研究趋势，引入人工智能、材料基因工程、多尺度模拟、量子化学计算与分子动力学等前沿方法，构建“理论计算—数据驱动—实验验证”协同的材料研发范式，为新型固态电解质的高效开发提供理论与方法学支撑。
样章试读
目录
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前言
第1章 固态锂电池概述 1
1.1 锂离子电池的诞生与发展 1
1.2 锂离子电池的工作原理与具体组成 3
1.3 锂离子电池的相关术语 4
1.4 固态锂离子电池的局限与优势 8
1.5 无机固态电解质 10
第2章 固态聚合物电解质基础理论 15
2.1 固态聚合物电解质离子传导机理 15
2.1.1 离子传导的链段运动机制 15
2.1.2 离子跳跃传导与自由体积理论 18
2.2 聚合物-离子溶剂化作用与传输动力学 19
2.2.1 锂盐解离能力与介电常数的关系 19
2.2.2 溶剂化壳层结构与离子迁移能垒 20
2.2.3 动态交联网络对溶剂化稳定性的影响 21
2.3 大尺寸阴离子束缚作用对离子迁移的影响 21
2.3.1 阴离子尺寸与迁移数相关性 22
2.3.2 阴离子陷阱效应的抑制策略 22
2.3.3 双离子导体设计中的阴阳离子协同机制 23
2.4 聚合物分子结构设计策略与构效关系 24
2.4.1 主链柔顺性调控 25
2.4.2 侧链功能化设计 26
2.4.3 交联密度与机械/电化学性能平衡 27
第3章 材料设计与理论计算方法 29
3.1 人工智能在电解质设计中的应用 30
3.1.1 机器学习预测离子电导率与热稳定性 30
3.1.2 机器学习预测电解质与电极的界面反应能量 31
3.1.3 高通量筛选与材料性能优化闭环 32
3.2 材料基因工程加速电解质开发 32
3.2.1 聚合物单体基因库的构建 33
3.2.2 结构-性能关系的数据驱动建模 35
3.2.3 多目标协同设计的基因进化算法 38
3.3 量子化学计算基础：Materials Studio（MS）、高斯与密度泛函理论（DFT） 41
3.3.1 锂离子迁移路径的势能面模拟 41
3.3.2 界面反应能垒的过渡态计算 42
3.3.3 电子结构与电荷分布可视化 44
3.3.4 能级轨道与最高占据分子轨道（HOMO）/最低未占分子轨道（LUMO） 46
3.3.5 锂离子迁移路径的势能面/能垒 47
3.3.6 界面反应过渡态与能垒 48
3.4 多尺度模拟在聚合物电解质研究中的实践 49
3.4.1 全原子分子动力学（AAMD）模拟聚电解质中的离子扩散 50
3.4.2 机器学习力场模拟聚电解质 52
3.4.3 粗粒化模拟研究相分离行为 54
3.4.4 有限元分析机械-电化学耦合效应 57
第4章 固态聚合物电解质制备技术 61
4.1 传统成型方法及性能局限性 62
4.1.1 溶液浇铸法：成膜均匀性与孔隙率控制 62
4.1.2 热压法制备厚电解质的界面缺陷问题 63
4.1.3 静电纺丝技术构建三维多孔网络结构 63
4.2 原位固态化技术：阳离子开环与自由基聚合 64
4.2.1 紫外光引发原位聚合动力学调控 65
4.2.2 热引发剂选择与反应温度优化 66
4.2.3 原位界面一体化成型工艺 67
4.3 复合固态电解质体系设计 69
4.4 聚环氧乙烷基、硅基及其他固态聚合物电解质体系 74
4.4.1 聚环氧乙烷基固态聚合物电解质 76
4.4.2 硅基固态聚合物电解质 77
4.5 界面增强与机械性能优化策略 78
4.5.1 自修复聚合物网络设计：赋予固态电池界面“再生”能力 78
4.5.2 高弹性体增强电解质的循环耐久性：以柔克刚的界面稳定策略 80
第5章 界面相容性与作用机制 82
5.1 正极电解质界面膜（CEI）的稳定性研究 83
5.2 负极固体电解质界面膜（SEI）的形成与演化 84
5.2.1 锂金属负极的界面动态演化机制 84
5.2.2 固态SEI的机械强度与离子传输协同优化 85
5.2.3 人工SEI层的原位构筑技术 86
5.3 界面副反应抑制与界面改性技术 87
5.3.1 锂枝晶抑制的物理/化学协同策略 87
5.3.2 界面润湿性改善（离子液体添加剂、氟化界面层） 89
5.3.3 应力缓冲层与界面接触优化 90
第6章 固态锂电池应用现状及其未来挑战与对策 92
6.1 固态锂电池应用现状 92
6.1.1 消费电子领域的应用 93
6.1.2 电动汽车领域的应用 94
6.1.3 储能系统与特种领域的应用 95
6.2 技术路线演进方向 97
6.2.1 复合电解质设计（聚合物-无机杂化体系） 99
6.2.2 界面改性技术（人工SEI/CEI层构筑） 100
6.2.3 高稳定性锂金属负极保护策略 101
6.3 多学科交叉创新机遇 102
参考文献 104
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