锂离子电池技术研究进展与应用PDF电子书下载

第1章 锂离子电池的发展现状以及最新技术趋势 1

1.1 概述 1

1.2 实用型锂离子电池的开发历程 2

1.3 阴极材料的发展现状 4

1.3.1 阴极材料的发展历史 4

1.3.2 阴极材料的最新技术趋势 5

1.3.3 阴极材料的最新研究进展 5

1.4 阳极材料发展现状 7

1.4.1 阳极材料的发展史 7

1.4.2 阳极材料的最新研究进展 8

1.5 电解液的发展现状 9

1.5.1 电解液的发展历史 9

1.5.2 电解液的最新研究进展 9

1.6 隔膜技术 10

1.6.1 隔膜制造方法及特征 10

1.6.2 隔膜最新研究进展 12

1.7 结论 13

参考文献 13

第2章 锂离子电池的过去、现在与未来：新技术能否开启新局面？ 15

2.1 概述 15

2.2 锂离子电池是如何诞生的？ 15

2.3 消费者们期许的锂离子电池性能 17

2.4 锂离子电池的性能改进 18

2.4.1 锡基阳极 18

2.4.2 硅基阳极 19

2.4.3 钛基阳极 19

2.4.4 凝胶聚合物电解质锂离子电池 20

2.4.5 以LiFePO为阴极的锂离子电池 23

2.5 新电池技术能否为锂离子电池开启新篇章？ 24

2.5.1 富锂阴极 24

2.5.2 有机阴极材料 24

2.5.3 陶瓷包覆隔膜 26

2.6 结论 27

参考文献 27

第3章 锂离子电池和模块快速充电（最高到6C）的电热响应以及循环寿命测试 29

3.1 概述 29

3.2 基本注意事项和考虑要点 29

3.2.1 快速充电意味着什么？ 29

3.2.2 快速充电功率要求 30

3.2.3 对所有电池体系充电的一般方法 30

3.3 不同锂电池材料的快速充电特征 31

3.4 50A·h LTO电芯及模块的快速充电测试 33

3.4.1 电芯测试 33

3.4.2 模块测试 36

参考文献 40

第4章 锂离子电池纳米电极材料 41

4.1 前言 41

4.2 基于脱嵌机理的电极材料的纳米效应 41

4.3 正极纳米结构磷酸金属锂材料 44

4.4 负极钛基纳米材料 45

4.5 转换电极 46

4.6 负极锂合金 49

4.7 纳米结构碳用作负极活性材料 50

4.8 碳基纳米复合材料 53

4.9 结论 54

参考文献 54

第5章 未来电动汽车和混合电动汽车体系对电池的要求及其潜在新功能 60

5.1 概述 60

5.2 电池的功率性能分析 61

5.3 汽车的基本性能设计 63

5.4 热分析和设计 65

5.5 建立电池组体系 65

5.6 锂离子电池的高功率性能 66

参考文献 68

第6章 电动汽车电池制造成本 69

6.1 概述 69

6.2 性能与成本模型 70

6.2.1 电芯和电池组设计类型 70

6.2.2 性能建模 71

6.2.3 成本建模 73

6.3 影响价格的电池参数 75

6.3.1 功率和能量 75

6.3.2 电池化学成分 77

6.3.3 电极厚度的限制 79

6.3.4 可用荷电状态以及使用寿命的相关注意事项 80

6.3.5 电芯容量-并联电芯结构 82

6.3.6 电池组集成组件 82

6.4 价格评估上的不确定性 83

6.4.1 材料和固定设备 84

6.4.2 电极厚度 84

6.4.3 电芯容量 84

6.4.4 不确定性计算示例 85

6.5 生产规模的影响 85

6.6 展望 86

参考文献 87

第7章 电动汽车用锂离子电池组 89

7.1 概述 89

7.2 锂离子电池设计考虑的因素 90

7.3 可充电能源储存系统 92

7.3.1 锂离子电池单体电池 92

7.3.2 机械结构 94

7.3.3 电池管理系统和电子元件 95

7.3.4 热管理系统 97

7.4 测试与分析 99

7.4.1 分析工具 100

7.4.2 标准化 100

7.5 电动汽车可充电储能系统的应用 100

7.5.1 尼桑聆风（Nissan Leaf） 101

7.5.2 雪佛兰沃蓝达（Chevrolet Volt） 101

7.5.3 福特福克斯（Ford Focus） BEV 102

7.5.4 丰田普瑞斯PHEV 102

7.5.5 三菱“I” 103

7.6 结论 103

参考文献 104

第8章 Voltec系统——储能以及电力推动 105

8.1 概述 105

8.2 电动汽车简史 105

8.3 增程式电动汽车 109

8.4 Voltec推动系统 112

8.5 Voltec驱动单元以及汽车运行模式 114

8.5.1 驱动单元运行 114

8.5.2 司机选择模式 115

8.6 电池经营策略 116

8.7 开发及生效过程 118

8.8 汽车场地经验 119

8.9 总结 121

参考文献 123

第9章 锂离子电池应用于公共汽车：发展及展望 124

9.1 概述 124

9.1.1 背景和范围 124

9.1.2 电力驱动在公交汽车中的配置趋势 124

9.2 在电力驱动公交汽车中整合锂离子电池 126

9.3 基于LIB充电储能系统（RESS）的HEB/EB公共汽车 128

9.3.1 使用锂离子电池的公共汽车综述 128

9.3.2 FTA先进公共汽车示范与配置项目 132

9.4 经验积累、进展以及展望 135

9.4.1 案例研究以及从LIB公共汽车运行中学习到的安全经验 135

9.4.2 LIB用于公共汽车市场：预测和展望 136

参考文献 140

第10章 采用锂离子电池的电动汽车和混合电动汽车 144

10.1 概述 144

10.1.1 锂离子电池的革新 144

10.1.2 电动汽车分类 144

10.2 HEVs 147

10.2.1 奥迪O5混合电动汽车（全混HEV） 147

10.2.2 宝马ActiveHybrid 3（全混HEV） 147

10.2.3 宝马ActiveHybrid 5（全混HEV） 147

10.2.4 宝马ActiveHybrid 7（轻混合EV） 148

10.2.5 宝马Concept Active Tourer （PHEV） 149

10.2.6 宝马i8（PHEV） 150

10.2.7 本田（讴歌）NSX （PHEV） 151

10.2.8 英菲尼迪EMERG-E （EREV） 151

10.2.9 英菲尼迪M35h（全混EV） 152

10.2.10 奔驰S400混动（轻混EV） 152

10.2.11 奔驰E300 BlueTEC HYBRID（全混EV） 153

10.2.12 奔驰Vision S500插电式混合电动汽车（PHEV） 153

10.2.13 丰田Prius插电混合电动汽车（PHEV） 154

10.2.14 丰田Prius＋（全混EV） 155

10.2.15 沃尔沃V60插电混合电动汽车（PHEV） 155

10.3 BEVs和EREVs 157

10.3.1 比亚迪e6 （BEV） 157

10.3.2 宝马ActiveE （BEV） 157

10.3.3 宝马i3 （EV＆也可作为EREV） 158

10.3.4 雪佛兰Spark EV 2014 （BEV） 158

10.3.5 雪佛兰Volt （EREV） 159

10.3.6 雪铁龙C-Zero （BEV） 160

10.3.7 雪铁龙电动Berlingo （BEV） 160

10.3.8 菲亚特500e （BEV） 162

10.3.9 福特Focus EV （BEV） 162

10.3.10 本田FIT EV （BEV） 162

10.3.11 英菲尼迪LE概念车（BEV） 163

10.3.12 Mini E（BEV） 164

10.3.13 三菱i-MiEV （BEV） 164

10.3.14 尼桑e-NV200 （BEV） 164

10.3.15 尼桑Leaf（BEV） 165

10.3.16 欧宝Ampera （EREV） 165

10.3.17 标致iOn （BEV） 165

10.3.18 雷诺Fluence Z.E.（BEV） 167

10.3.19 雷诺Kangoo Z.E.（BEV） 167

10.3.20 雷诺Zoe Z.E.（BEV） 168

10.3.21 Smart Fortwo电动车（BEV） 168

10.3.22 Smart ED Brabus（BEV） 169

10.3.23 Smart Fortwo Rinspeed Dock＋Go（BEV或EREV） 169

10.3.24 特斯拉Roadster （BEV） 169

10.3.25 丰田eQ （BEV） 170

10.3.26 沃尔沃C30 （BEV） 171

10.3.27 Zic kandi（BEV） 171

10.4 电动微型汽车 172

10.4.1 Belumbury Dany（重型四轮） 172

10.4.2 雷诺Twizy（轻型和重型四轮车） 172

10.4.3 Tazzari Zero（重型四轮车） 173

10.5 城市运输车辆新概念 173

10.5.1 奥迪Urban Concept 173

10.5.2 欧宝Rak-E 174

10.5.3 PSA VELV 174

10.5.4 大众Nils 175

10.6 结论 175

第11章 PHEV电池设计面临的挑战以及电热模型的机遇 177

11.1 概述 177

11.2 理论 178

11.3 设置描述 179

11.4 提取模型参数 180

11.4.1 热对流 180

11.4.2 热阻 183

11.4.3 热容 184

11.5 结果和讨论 185

11.5.1 校准开发的模型 185

11.5.2 确定开发的模型 188

11.5.3 传热系数变化 189

11.6 结论 190

附录 190

参考文献 191

第12章 电动汽车用固态锂离子电池 194

12.1 概述 194

12.1.1 汽车发展环境 194

12.1.2 汽车用可充电电池 194

12.1.3 电动汽车和混合电动汽车的发展趋势和相关问题 195

12.1.4 对电动汽车用新型锂离子电池的期望 196

12.2 全固态锂离子电池 196

12.2.1 全固态锂离子电池的优点 196

12.2.2 Li＋导电固态电解液 197

12.2.3 全固态锂离子电池的问题 199

12.2.4 总结 205

12.3 结论 205

参考文献 206

第13章 可再生能源储能以及电网备用锂离子电池 207

13.1 概述 207

13.2 应用 207

13.2.1 与PV系统共用的住宅区电池储能 207

13.2.2 分布式电网中的季度电池储能 210

13.3 系统概念和拓扑结构 212

13.3.1 交流耦合PV电池系统 213

13.3.2 直流耦合PV电池系统 213

13.4 组件和需求 215

13.4.1 电池系统 215

13.4.2 电力电子 215

13.4.3 能源管理系统 215

13.4.4 通信设施 216

13.5 结论 217

参考文献 217

第14章 卫星锂离子电池 219

14.1 概述 219

14.2 卫星任务 219

14.2.1 GEO卫星 220

14.2.2 LEO卫星 221

14.2.3 MEO/HEO卫星（中地球轨道或者高地球轨道） 222

14.3 卫星用锂离子电池 223

14.3.1 主要产品规格 224

14.3.2 资格鉴定计划 226

14.4 卫星电池技术和供应商 228

14.4.1 ABSL 228

14.4.2 三菱电气公司 230

14.4.3 Quallion公司 232

14.4.4 Saft 237

14.5 结论 241

参考文献 242

第15章 锂离子电池管理 244

15.1 概述 244

15.2 电池组管理的结构和选择 245

15.3 电池管理功能 246

15.3.1 性能管理 246

15.3.2 保护功能 247

15.3.3 辅助功能 248

15.3.4 诊断功能 248

15.3.5 通信功能 248

15.4 电荷状态控制器 248

15.4.1 基于电压估算SoC值 248

15.4.2 基于电流估算SoC值（安时积分法） 249

15.4.3 联合基于电流与基于电压的方法 249

15.4.4 根据阻抗测试来估算SoC值 251

15.4.5 基于模型的方法 251

参考文献 253

第16章 锂离子电池组电子选项 255

16.1 概述 255

16.2 基本功能 255

16.3 监控 256

16.4 测量 257

16.5 计算 258

16.6 通信 259

16.7 控制 260

16.8 单电芯锂离子电池设备（3.6V） 261

16.8.1 手机、平板电脑、音乐播放器和耳机 261

16.8.2 工业、医疗及商业设备 263

16.9 双电芯串联电池设备（7.2V） 263

16.9.1 平板电脑、上网本和小型笔记本电脑 263

16.9.2 车载电台、工业、医疗和商业设备 263

16.10 3～4个电芯串联电池设备（一般10.8～14.4V） 264

16.10.1 笔记本电脑 264

16.10.2 工业、医疗和商业设备 264

16.11 510电芯串联电池设备 265

16.11.1 电动工具、草坪和花园工具 265

16.11.2 汽车SLI电池 266

16.12 10～20电芯串联电池 267

16.12.1 电动自行车 268

16.12.2 48V通信系统及不间断电源 268

16.13 超大阵列电池系统 269

16.13.1 汽车：混合动力及插电式混合动力汽车 270

16.13.2 汽车：纯电动汽车 270

16.13.3 电网储能和稳定系统 270

16.14 结论 270

参考文献 271

第17章 商业锂离子电池的安全性 272

17.1 概述 272

17.2 便携式设备用商业锂电池组 273

17.3 商业锂离子电池的局限性 273

17.4 商业锂离子电池的质量控制 281

17.5 商业锂离子电池的安全认证过程 282

17.6 结论 284

参考文献 285

第18章 锂离子电池安全性 287

18.1 概述 287

18.2 系统层面的安全性 288

18.3 电芯层面的安全性 290

18.4 滥用耐受测试 291

18.4.1 热失控耐受以及热稳定性测试 291

18.4.2 电滥用耐受测试 292

18.4.3 机械滥用耐受测试 293

18.4.4 对可控内部短路测试的需求 294

18.5 内部短路和热失控 297

18.6 大型电池及其安全性 301

18.7 锂沉积 302

参考文献 304

第19章 锂离子电池组件及它们对大功率电池安全性的影响 306

19.1 概述 306

19.2 电解液 307

19.2.1 控制SEI膜 307

19.2.2 锂盐的安全问题 308

19.2.3 针对过充的保护措施 309

19.2.4 阻燃剂 309

19.3 隔膜 311

19.4 阴极的热稳定性 312

19.5 Li4 Ti5 Oi2 /LiFePO4：最安全、最强大的组合 314

19.6 其他影响安全性的参数 316

19.6.1 设计 316

19.6.2 电极工程 316

19.6.3 电流限制自动复位装置 317

19.7 结束语 317

参考文献 318

第20章 锂离子电池材料的热稳定性 324

20.1 概述 324

20.2 电池安全的基本考虑 324

20.3 电解液被负极化学还原 325

20.3.1 石墨电极 325

20.3.2 硅/锂合金 327

20.4 电解液的热分解 328

20.4.1 LiPF6/碳酸烷基酯混合溶剂电解液 328

20.4.2 LiPF6/二氟乙酸甲酯电解液 330

20.5 电解液在正极的氧化反应 333

20.5.1 LiCoO2 333

20.5.2 FeF3 334

20.6 滥用测试的安全评估 335

20.6.1 安全设备 336

20.7 总结 337

参考文献 337

第21章 锂离子电池的环境影响 339

21.1 概述 339

21.2 锂离子电池回收的益处 339

21.3 锂离子电池环境影响 340

21.3.1 电池组成 341

21.3.2 电池材料供应链 342

21.3.3 电池装配 344

21.3.4 电池对电动车辆生命周期环境影响的贡献 345

21.4 锂离子电池回收技术概述及分析 347

21.4.1 高温冶金回收过程 347

21.4.2 BIT回收过程 349

21.4.3 中间物理回收过程 350

21.4.4 直接物理回收过程 351

21.4.5 回收过程分析 351

21.5 影响回收的因素 354

21.6 总结 355

参考文献 356

第22章 回收动力电池作为未来可用锂资源的机会与挑战 358

22.1 资源危机 358

22.2 锂储备和锂资源的地理分布 361

22.2.1 锂资源概述 361

22.2.2 锂储量分布的特征 362

22.3 未来电力汽车对锂需求的影响 364

22.4 目前不同研究中采用的回收额度综述 366

22.5 不同回收额度对锂可用性的影响 368

22.6 结论 370

参考文献 370

第23章 生产商、材料以及回收技术 374

23.1 锂离子电池生产商 374

23.1.1 公司概述 374

23.2 电池生产的材料以及成本 378

23.3 回收 380

23.3.1 电池回收方面的法律条款、经济和环境友好原则 380

23.3.2 可充电电池回收过程 381

23.3.3 一些电池回收的工业方法 382

23.3.4 电池回收总述 386

参考文献 387

第24章 锂离子电池产业链——现状、趋势以及影响 389

24.1 概述 389

24.2 锂离子电池市场 389

24.3 电池和材料生产过程 390

24.3.1 当前成本结构 391

24.3.2 中期成本结构以及利润率 394

24.3.3 长期成本结构（2015～2020年） 395

24.4 产业链结构以及预期改变 396

24.4.1 阴极和其他材料 396

24.4.2 电池生产 397

参考文献 398

第25章 锂离子电池热力学 399

25.1 概述 399

25.2 热力学测量：程序和仪器 400

25.3 老化前的热力学数据：评估电池成分 401

25.4 过充电池的热力学 402

25.4.1 概述 402

25.4.2 过充老化方法 403

25.4.3 放电特征 403

25.4.4 OCP曲线 404

25.4.5 熵和焓曲线 404

25.5 热老化电池的热力学 408

25.5.1 概述 408

25.5.2 热老化方法 408

25.5.3 放电特征 408

25.5.4 OCP曲线 410

25.5.5 熵及焓曲线 410

25.6 长时循环电池的热力学 415

25.6.1 概述 415

25.6.2 老化方法 415

25.6.3 放电特性 415

25.6.4 OCP曲线 416

25.6.5 熵及熔曲线 416

25.7 热力学记忆效应 420

25.8 结论 422

参考文献 424

索引 427