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第1章 概论&吴锋 1

1.1 国家需求与研究背景 1

1.2 面临问题与研究目标 2

1.3 发展机遇与产业格局 3

1.4 研究概况与技术挑战 5

1.4.1 多电子反应体系 5

1.4.2 快速电极反应过程与相关材料 6

1.4.3 可控电池反应 6

1.5 结语 7

第2章 高比能二次电池分析&艾新平 吴锋 8

2.1 引言 8

2.2 实现高比能量的理论分析 10

2.2.1 高比能电池的理论原理 10

2.2.2 影响电池比能量的因素 12

2.3 高比能二次电池发展现状 14

2.3.1 二次电池体系开发现状 14

2.3.2 典型高比能二次电池体系的技术现状 17

2.3.3 现有高比能二次电池体系的技术局限 22

2.4 现有高比能二次电池体系的发展潜力 24

2.5 提升二次电池能量密度的可能途径 25

参考文献 29

第3章 高功率电池设计与应用技术&吴伯荣 吴锋 30

3.1 引言 30

3.2 高功率电池设计 32

3.2.1 电池内阻与最大输入／输出功率的关系 32

3.2.2 高功率电池设计的工艺敏感性因素分析 37

3.2.3 电池安全性与反应选择性、电极材料极化均匀程度的关系 40

3.3 磷酸铁锂材料的高功率输出特性 42

3.4 改善储氢合金负极的低温输出特性的措施 44

3.4.1 制约储氢材料低温性能的主要影响因素 44

3.4.2 改善储氢合金电极低温输出性能的措施 47

3.5 电池的热特性与管理设计 54

3.5.1 电池热模型的建立 55

3.5.2 电池热管理系统的设计 58

3.6 高功率电池的发展 59

参考文献 61

第4章 室温锂硫二次电池&邱新平 陈人杰 65

4.1 锂硫电池的反应机理 65

4.1.1 锂硫电池的多步电化学反应 65

4.1.2 容量衰减机理 67

4.2 单质硫正极材料 68

4.3 硫化物正极材料 71

4.3.1 无机硫化物 71

4.3.2 有机硫化物 72

4.4 锂硫电池用电解质材料 74

4.4.1 锂硫电池用电解质的评价指标 74

4.4.2 锂硫电池用液态电解质 75

4.4.3 锂硫电池用固态电解质 80

4.5 应用示例 81

4.6 结语 86

参考文献 86

第5章 薄液层电化学储能体系&董全峰 郑明森等 89

5.1 应用需求 89

5.2 快速电极反应动力学的基本概念 89

5.2.1 传统电池电极过程的主要特征 89

5.2.2 传统固体电极的反应动力学限制 91

5.2.3 快速电极反应的基本类型 91

5.3 薄液层储能原理 92

5.3.1 薄液层电化学储能体系模型 92

5.3.2 液相氧化还原电对 93

5.3.3 薄液层储能体系相关理论分析 93

5.3.4 薄液层电化学储能体系特点 94

5.4 应用示例 96

5.4.1 基于阵列多孔电极的薄液层体系 96

5.4.2 离子交换膜对库仑效率的影响 97

5.4.3 薄液层储能体系的循环性能 98

参考文献 99

第6章 三维结构锡基储锂合金负极材料&黄令 柯福生等 101

6.1 锡基储锂合金材料的特点 101

6.2 三维结构锡合金的制备方法 102

6.2.1 胶体模板电沉积法 102

6.2.2 以泡沫铜为基底的电沉积法 103

6.2.3 以多孔铜为基底的电沉积法 103

6.3 三维结构锡基合金的结构与储锂性能 103

6.3.1 三维结构锡-钴合金的结构与储锂性能 103

6.3.2 三维结构锡-铜合金的结构与储锂性能 107

6.3.3 三维结构锡-镍合金的结构与储锂性能 112

6.4 结语 115

参考文献 116

第7章 多电子反应氢氧化镍电极材料&高学平 吴青瑞 117

7.1 氢氧化镍电极的基本性质 117

7.1.1 氢氧化镍电极的充放电机理 117

7.1.2 氢氧化镍的结构及晶型之间的转换关系 119

7.2 α-Ni(OH)2的制备及其电化学性能 121

7.2.1 Al取代α-Ni(OH)2的制备方法及其结构特征 122

7.2.2 Al取代α-Ni(OH)2的电化学性能 125

7.3 α-Ni(OH)2的表面修饰与电化学性能 127

7.3.1 CoOOH修饰α-Ni(OH)2 128

7.3.2 钇氢氧化物修饰α-Ni(OH)2及其高温性能 130

7.4 结语 132

参考文献 133

第8章 高比能电池的安全性与反应控制技术&杨汉西 135

8.1 高比能电池的安全性问题 135

8.2 水溶液电池气体的产生与消除 137

8.2.1 水溶液电池析气反应的机理分析 137

8.2.2 降低电池内压的一些技术方法 143

8.2.3 脉冲充电方法控制电池析气反应 144

8.3 氧化还原电对过充保护的方法 148

8.3.1 氧化还原电对添加剂的作用原理 148

8.3.2 水溶液体系的应用示例 149

8.3.3 非水溶液电池的应用示例 153

8.4 有机电解质溶液安全性添加剂 157

8.4.1 可聚合单体添加剂 157

8.4.2 阻燃性电解液 163

8.4.3 高稳定性电解质盐 165

8.5 温度敏感电极方法原理 167

8.5.1 电池的热反应与安全性 167

8.5.2 温度敏感电极的方法原理 170

8.5.3 应用示例 172

8.6 具有自开关功能的隔膜 172

8.6.1 热关闭隔膜 173

8.6.2 自激活电压开关隔膜 174

8.7 结语 177

参考文献 178

第9章 电池反应研究的谱学表征方法&孙世刚 董全峰等 181

9.1 电池反应表征的微观方法 181

9.1.1 解析电池反应机理的复杂问题 181

9.1.2 电池反应研究方法的比较 184

9.2 电池反应的红外光谱研究技术 186

9.2.1 红外光谱简介 187

9.2.2 透射红外吸收光谱 187

9.2.3 反射红外吸收光谱 189

9.2.4 红外光谱在锂离子电池研究中的应用 195

9.2.5 红外发射光谱技术 201

9.3 电化学原位扫描探针显微方法 204

9.3.1 基本原理 205

9.3.2 扫描隧道显微技术 208

9.3.3 原子力显微技术 212

9.3.4 ECSPM在电池研究中的应用示例 214

9.4 电池反应过程中的原位XRD研究 218

9.4.1 晶体结构和XRD基础 219

9.4.2 多晶衍射仪法及其应用 221

9.4.3 Rietveld全谱拟合法 225

9.4.4 应用示例 226

9.5 结语 231

参考文献 232

第10章 新型电池材料的模拟计算与结构设计&王兆翔 陈岗 235

10.1 材料计算与结构设计的意义 235

10.2 计算方法介绍 237

10.2.1 能带理论与材料导电性能 237

10.2.2 第一性原理计算方法 240

10.2.3 分子动力学方法 252

10.2.4 第一性原理分子动力学 256

10.2.5 蒙特卡罗方法 257

10.3 典型案例 259

10.3.1 锂离子在碳纳米管中扩散的从头算研究 259

10.3.2 以第一性原理计算为指导寻找锂电池正极材料 261

10.3.3 Mg、Al掺杂对LiCoO2电子结构及性能的影响 263

10.3.4 LiMn2O4中锂离子的动力学行为及掺杂对材料电子结构的影响 272

10.3.5 Li离子在Cu中扩散 281

10.4 结语 283

参考文献 284

第11章 二次电池的绿色度评价方法&夏定国 286

11.1 引言 286

11.1.1 绿色产品设计概述 286

11.1.2 绿色产品 287

11.1.3 绿色设计 287

11.1.4 绿色度 288

11.1.5 绿色产品评价方法研究现状 288

11.2 绿色产品生命周期结构模型 290

11.2.1 生命周期评价方法的概述 290

11.2.2 生命周期影响评价的主要方法 295

11.2.3 环境影响类型 297

11.2.4 各种环境影响类型的当量物质参数 298

11.2.5 绿色产品生命周期结构模型 298

11.2.6 小结 303

11.3 二次电池体系生命周期评价分析 303

11.3.1 二次电池体系目标和范围定义 303

11.3.2 二次电池体系生命周期中清单分析 305

11.3.3 二次电池体系的影响评价模型 310

11.3.4 改善评价 314

11.3.5 小结 315

11.4 锂离子电池LCA案例研究 315

11.4.1 公共数据体系 315

11.4.2 研究对象和功能单位 317

11.4.3 目标和范围确定 317

11.4.4 生命周期清单分析 318

11.4.5 生命周期影响分析 324

11.4.6 锂离子绿色度模糊评价 328

11.4.7 小结 333

参考文献 333