高能量密度锂离子电池 材料、工程及应用PDF电子书下载

第1章 电化学电池导论 1

1.1何谓电池 1

1.2电池的定量表征 4

1.2.1电压 6

1.2.2电极动力学（极化和电池的阻抗） 8

1.2.2.1双电层 8

1.2.2.2反应速率 9

1.2.2.3非平衡态电极 9

1.2.2.4塔菲尔方程 9

1.2.2.5绘制铜电极塔菲尔曲线的实例 11

1.2.2.6其他限制性因素 11

1.2.2.7电池的塔菲尔曲线 12

1.2.3容量 13

1.2.4搁置寿命 15

1.2.5放电曲线/循环寿命 15

1.2.6能量密度 16

1.2.7比能量密度 16

1.2.8功率密度 16

1.2.9服役寿命/温度的关系 17

1.3原电池和蓄电池 18

1.4电池的市场 20

1.5循环和安全问题 21

参考文献 27

第2章 原电池 28

2.1引言 28

2.2早期电池 29

2.3 Zn/C电池 32

2.3.1 Leclanche电池 32

2.3.2 Gassner电池 33

2.3.3当今的Zn/C电池 33

2.3.3.1电化学反应 35

2.3.3.2组成 36

2.3.4缺点 37

2.4碱性电池 37

2.4.1电化学反应 39

2.4.2组成 40

2.4.3缺点 41

2.5扣式电池 41

2.5.1 HgO电池 42

2.5.2 Zn/Ag2O电池 43

2.5.3金属-空气电池 44

2.5.3.1锌/空气电池 45

2.5.3.2铝/空气电池 46

2.6锂原电池 47

2.6.1 Li/SOCI2电池 49

2.6.2 Li/S02电池 49

2.7氢氧电池 50

2.8原电池的损坏 51

2.9结论 53

参考文献 53

第3章 蓄电池的材料与化学性质回顾 55

3.1铅酸电池 56

3.1.1电化学反应 59

3.1.2组成 59

3.1.3新型组成 62

3.2 Ni- Cd电池 65

3.3镍-金属氢化物（Ni- MH）电池 68

3.4碱性蓄电池 69

3.5锂蓄电池 70

3.5.1锂离子电池 72

3.5.2锂聚合物电池 77

3.5.3锂电池的材料和化学性质的评价 77

3.6 Li- S电池 78

3.7结论 83

参考文献 83

第4章 锂蓄电池的当前应用与潜在优势 85

4.1便携式电子设备 85

4.2混合及纯电动车 86

4.3医疗应用 89

4.3.1心脏起搏器 89

4.3.2神经起搏器 90

4.4锂离子电池系统在交通技术方面的应用 91

4.4.1并联 97

4.4.2串联 98

4.4.3局限性和安全问题 101

参考文献 105

第5章 锂离子电池正极：材料的工程设计与化学性质 107

5.1能量密度和热力学 107

5.2材料化学和电压平台的工程设计 115

5.3多元过渡金属氧化物的容量和稳定性的工程设计 124

5.4结论 131

参考文献 131

第6章 锂离子电池的新型负极材料 133

6.1引言 133

6.2电解液的化学侵蚀 134

6.3电化学循环中的力学不稳定性 136

6.4纳米结构的负极 139

6.5薄膜负极 140

6.5.1 Sn基薄膜负极 140

6.5.2 Si基薄膜负极 142

6.6纳米纤维/纳米管/纳米线负极 147

6.6.1 Sn基纳米纤维/纳米线负极 147

6.6.2 Si基纳米线负极 148

6.7活性/弱活性纳米结构的负极 151

6.7.1 Sn基活性弱活性负极 151

6.7.1.1 Sn-Sb合金 151

6.7.1.2 SnS2纳米片 153

6.7.1.3 Sn-C纳米复合物 155

6.7.2 Si基活性弱活性纳米复合物 156

6.7.2.1 Si- Si02-C复合物 156

6.7.2.2 Si- C纳米复合物 159

6.8其他负极材料 162

6.8.1 Sb基负极 162

6.8.2 Al基负极 164

6.8.3 Bi基负极 167

6.9结论 167

参考文献 168

第7章 锂离子电池的新型电解液 173

7.1引言 173

7.2背景 178

7.2.1锂离子液体电解液 178

7.2.2为何使用聚合物电解液 181

7.2.3用于聚合物电解液的金属离子盐 181

7.3聚合物电解液的制备和表征 183

7.3.1聚合物电解液的制备 183

7.3.1.1含熔盐的聚合物凝胶电解液 183

7.3.1.2含MMT的有机改性聚合物复合电解液 183

7.3.1.3含Li- MMT的离子交换型聚合物复合电解液 184

7.3.1.4含介孔硅酸盐（MCM-41）的聚合物复合电解液 184

7.3.2含熔盐的聚合物凝胶电解液的表征 185

7.3.2.1形貌和结构特点 185

7.3.2.2热学性质 186

7.3.2.3电化学性能 189

7.3.3含有机改性MMT的聚合物复合电解液的表征 194

7.3.3.1形貌和结构特点 194

7.3.3.2热学性质 196

7.3.3.3电化学性能 197

7.3.4含Li- MMT的离子交换型聚合物复合电解液 199

7.3.4.1结构特点 199

7.3.4.2热学性质 201

7.3.4.3电化学性能 202

7.3.5含介孔硅酸盐（MCM-41）的聚合物复合电解液 206

7.3.5.1形貌和结构特点 206

7.3.5.2热学性质 208

7.3.5.3电化学性能 210

7.4结论 212

参考文献 213

第8章 锂离子电池体系材料的力学机理 220

8.1引言 220

8.2电池寿命中的力学研究 222

8.3电化学循环中的弹性和断裂的模拟 225

8.3.1双电层结构的断裂 225

8.3.2轴对称结构的弹性和断裂 227

8.3.3薄膜情形下的断裂和破坏演变 230

8.3.4类纤维/纳米线电极的断裂和破坏机理 234

8.3.5球形活性部位 235

8.3.6稳定性曲线 237

8.3.7体积分数和颗粒粒度的研究 239

8.3.7.1稳定因子的研究 239

8.3.7.2 Griffith标准 240

8.3.8临界裂纹长度 241

8.3.9 Sn/C岛状结构负极的力学稳定性 243

8.4模拟中的多尺度现象和注意事项 247

8.5耦合扩散和应力产生的颗粒模型 251

8.5.1脱嵌和嵌入过程中的锂离子传输 252

8.5.2电化学反应的动力学 253

8.5.3应力产生 254

8.5.4代表性的结果 255

8.6循环中的扩散过程 259

8.6.1电化学嵌入过程中的多尺度问题 259

8.6.2低对称成分区域中的扩散应力 264

8.7小结 265

参考文献 266