锂离子电池 应用与实践PDF电子书下载

第1章 锂离子电池的发展 1

1.1 电池的发展过程及我国的电池发展简史 1

1.2 高性能电池的参数 2

1.3 锂离子电池的诞生过程 2

1.4 与电池有关的一些基本概念 4

1.5 锂离子电池的原理、发展及其特点 6

1.6 我国发展锂离子电池产业的必要性 8

1.7 锂离子电池的结构 9

1.8 锂离子电池组的结构 9

1.9 本书内容说明 10

参考文献 10

第2章 锂离子电池主要材料的选择要求及其研究方法 11

2.1 负极材料的选择要求 11

2.2 正极材料的选择要求 12

2.3 电解质的选择要求 12

2.3.1 液体电解质 12

2.3.2 全固态电解质 13

2.3.3 凝胶型聚合物电解质 13

2.4 锂离子电池材料的一些研究方法 14

2.4.1 X射线衍射法 14

2.4.2 光电子能谱法（XPS） 15

2.4.3 红外和拉曼光谱 17

2.4.4 电镜法 20

2.4.5 比表面积的测量 21

2.4.6 交流阻抗谱仪 21

2.4.7 循环伏安法 23

2.4.8 电化学石英晶体微量天平 24

2.4.9 热分析法 27

2.4.10 核磁共振法 29

2.4.11 质谱法 31

2.4.12 激光粒径分布法 31

参考文献 32

第3章 碳基负极材料 33

3.1 炭材料科学的发展简史 33

3.2 炭材料的一些性能 35

3.2.1 炭材料的结构 35

3.2.2 石墨晶体的拉曼光谱 36

3.2.3 炭材料的种类 37

3.2.4 炭化过程和石墨化过程 38

3.2.5 炭材料的表面结构 40

3.3 石墨化炭负极材料 42

3.3.1 锂在石墨中的插入行为 42

3.3.2 初期的石墨化负极材料 44

3.3.3 石墨化中间相炭微珠 44

3.3.4 石墨的电化学行为 46

3.3.5 石墨化碳纤维 49

3.3.6 其他石墨化炭材料 50

3.3.7 石墨化炭材料的一些通性 50

3.4 无定形炭材料 51

3.4.1 小分子裂解炭 51

3.4.2 聚合物裂解炭（polymeric carbon） 51

3.4.3 低温处理其他炭前驱体 53

3.4.4 无定形炭材料的一些通性 54

3.4.5 锂在无定形炭材料中的储存机理 55

3.5 炭材料的改性 57

3.5.1 引入非金属元素 57

3.5.2 引入金属元素 58

3.5.3 表面处理 59

3.5.4 采用机械化学法 63

3.5.5 其他方法 63

3.6 其他炭负极材料 63

3.6.1 富勒烯 63

3.6.2 碳纳米管 65

3.7 碳基复合负极材料 67

3.7.1 碳与Co、Sn的复合物 67

3.7.2 碳与硅的复合物 68

3.8 炭负极材料与电解质之间的界面 69

3.9 国内部分工业产品介绍 71

参考文献 71

第4章 非碳基负极材料 74

4.1 氮化物 74

4.2 硅及硅化物 75

4.3 锡基氧化物和锡化物 77

4.3.1 氧化物的研究 77

4.3.2 复合氧化物 78

4.3.3 锡盐 80

4.3.4 其他锡化物 81

4.4 新型合金 81

4.4.1 锡基合金 82

4.4.2 硅基合金 84

4.4.3 锑基合金 85

4.4.4 其他合金 87

4.5 钛的氧化物 89

4.5.1 Li4Ti5O12负极材料 89

4.5.2 二氧化钛负极材料 93

4.6 纳米氧化物负极材料 96

4.7 其他负极材料 97

4.8 部分负极材料产品 99

参考文献 100

第5章 氧化钴锂正极材料 103

5.1 氧化钴锂的物理性能 103

5.2 氧化钴锂的制备方法 104

5.3 氧化钴锂的热稳定性 105

5.4 固相法制备氧化钴锂的电化学性能 105

5.5 喷雾干燥法制备氧化钴锂的电化学性能 106

5.6 溶胶-凝胶法制备氧化钴锂的电化学性能 106

5.7 氧化钴锂的改性 106

5.7.1 氧化钴锂的掺杂 107

5.7.2 氧化钴锂的包覆 108

5.8 其他方法制备的LiCoO2 109

5.9 氧化钴锂的回收制备 111

5.10 尖晶石型氧化钴锂 111

5.11 部分氧化钴锂工业产品的性能 112

参考文献 112

第6章 氧化镍锂正极材料 114

6.1 氧化镍锂的物理化学性能 114

6.2 氧化镍锂的固相反应制备 115

6.3 固相法制备的氧化镍锂的电化学性能 116

6.4 氧化镍锂的改性 117

6.4.1 溶胶-凝胶法制备的氧化镍锂 117

6.4.2 单一元素的掺杂 118

6.4.3 多种元素的掺杂 123

6.4.4 氧化镍锂的包覆 125

6.5 其他方法制备的LiNiO2 126

6.6 部分氧化镍锂工业产品的性能 127

参考文献 128

第7章 氧化锰锂正极材料 129

7.1 隧道结构的氧化物 129

7.2 层状结构的氧化锰锂 131

7.2.1 正交LiMnO2 131

7.2.2 层状Li2MnO3 133

7.2.3 其他层状氧化锰锂化合物 135

7.3 Ni、Co、Mn组成的三元正极材料 136

7.3.1 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构 136

7.3.2 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学反应特征 136

7.3.3 合成方法对电化学性能的影响 137

7.3.4 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的掺杂改性 138

7.3.5 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的同系物 138

7.4 尖晶石结构氧化锰锂 139

7.4.1 尖晶石LiMn2O4的结构和电化学性能 139

7.4.2 尖晶石LiMn2O4的常规制备 141

7.4.3 尖晶石LiMn2O4的容量衰减原因 141

7.4.4 尖晶石LiMn2O4的改性 142

7.4.5 尖晶石LiMn2O4的机械化学法制备 150

7.4.6 尖晶石LiMn2O4的其他制备方法 150

7.5 尖晶石Li4Mn5O12 152

7.6 其他氧化锰锂正极材料 152

7.7 部分氧化锰锂工业产品的性能 153

7.7.1 LiMn2O4工业产品 153

7.7.2 三元正极材料工业产品 153

参考文献 154

第8章 磷酸亚铁锂正极材料 156

8.1 LiFePO4的结构 157

8.2 LiFePO4的电化学性能 158

8.3 LiFePO4的制备 158

8.3.1 固相法 158

8.3.2 碳热还原法 159

8.3.3 溶胶-凝胶法 159

8.3.4 模板法 159

8.3.5 其他制备方法 160

8.4 LiFePO4的改性 160

8.4.1 LiFePO4的碳包覆 160

8.4.2 LiFePO4的掺杂 161

8.4.3 LiFePO4的纳米化 165

8.4.4 LiFePO4的其他表面改性 168

8.5 部分工业化产品的性能 168

参考文献 170

第9章 钒的氧化物及其他正极材料 172

9.1 钒的氧化物 172

9.1.1 α-V2O5及其锂化衍生物 172

9.1.2 五氧化二钒的锂化产物及其电化学性能 178

9.1.3 Li1+xV3O8 178

9.1.4 其他钒的氧化物 182

9.2 5V正极材料 184

9.2.1 尖晶石结构LiMn2-xMxO4（M=Cr、Co、Ni和Cu） 184

9.2.2 反尖晶石V[LiM]O4（M=Ni和Co） 186

9.3 多原子阴离子正极材料 187

9.3.1 层状结构的VOPO4 187

9.3.2 NASICON结构 188

9.3.3 硅酸盐正极材料 188

9.3.4 钛酸盐正极材料 191

9.3.5 硫酸盐正极材料 192

9.3.6 硼酸盐正极材料 193

9.3.7 其他多原子阴离子正极材料 194

9.4 其他正极材料 195

9.4.1 铁的化合物 195

9.4.2 钼的氧化物 197

参考文献 198

第10章 非水液体电解质 200

10.1 一些有机溶剂的物理性能和影响电导率的因素 200

10.2 部分有机溶剂的制备和纯化 203

10.3 电解质锂盐 204

10.3.1 六氟磷酸锂（LiPF6） 205

10.3.2 双草酸硼酸锂（LiBOB） 206

10.3.3 草酸二氟硼酸锂（LiDFBO） 207

10.3.4 其他有机电解质锂盐 208

10.4 电解液的离子导电性能 212

10.5 影响电池性能的几个因素 214

10.5.1 电化学窗口 214

10.5.2 与电极的反应 215

10.6 部分电解液体系对电极材料性能的影响 216

10.6.1 丙烯碳酸酯电解液体系 217

10.6.2 乙烯碳酸酯电解液体系 219

10.6.3 其他溶剂 221

10.7 有机电解液体系的其他研究 221

10.7.1 防止过充电 222

10.7.2 阻燃性电解液 222

10.7.3 改善SEI膜 224

10.7.4 减少酸含量 225

10.7.5 增加电导率 225

10.7.6 改善低温性能 226

10.8 离子液体 226

10.8.1 离子液体的种类 227

10.8.2 离子液体的制备 228

10.8.3 离子液体的性质 229

10.8.4 离子液体的电化学行为 235

10.9 部分电解液工业产品的性能 238

参考文献 239

第11章 固体电解质 241

11.1 无机固体电解质 241

11.2 无机电解质的导电理论 242

11.3 晶体电解质 243

11.4 玻璃态电解质 244

11.4.1 氧化物玻璃态电解质 244

11.4.2 硫化物玻璃态电解质 247

11.4.3 玻璃体电解质的压实 251

11.5 聚合物电解质的发展及分类 252

11.6 聚合物电解质的相结构 253

11.7 聚合物电解质的离子导电模型 254

11.8 聚环氧乙烯 255

11.8.1 与其他聚合物共混 258

11.8.2 形成共聚物 259

11.8.3 生成交联聚合物 262

11.8.4 形成枝状聚合物 263

11.8.5 改变掺杂盐 264

11.8.6 加入无机填料 265

11.8.7 增加主链的柔性 268

11.9 聚丙烯腈（PAN）系聚合物电解质 270

11.10 聚甲基丙烯酸酯（PMMA） 270

11.11 单离子聚合物电解质 271

11.12 其他聚合物电解质 273

11.12.1 聚合物电解质之间的复合 273

11.12.2 有机-无机复合电解质 274

11.13 聚合物电解质其他方面的研究 275

11.13.1 聚合物电解质与电极界面的研究 275

11.13.2 新型聚合物体系的理论研究和探索 276

参考文献 276

第12章 凝胶聚合物电解质 279

12.1 凝胶聚合物电解质的研究及其分类 279

12.2 PEO基凝胶电解质 280

12.2.1 非交联PEO凝胶电解质 280

12.2.2 交联PEO凝胶电解质 282

12.2.3 加入填料的凝胶聚合物电解质 284

12.3 PAN基凝胶电解质 285

12.3.1 PAN基凝胶电解质的作用机理和影响因素 285

12.3.2 聚丙烯腈共聚物的凝胶聚合物电解质 287

12.3.3 PAN交联凝胶电解质 288

12.4 PMMA基凝胶电解质 289

12.4.1 PMMA基凝胶电解质的电化学性能 289

12.4.2 PMMA基凝胶电解质的改性 290

12.5 含氟凝胶聚合物电解质 294

12.5.1 含氟聚合物的物理性能 294

12.5.2 含氟体系凝胶聚合物的制备及其电化学性能 298

12.5.3 含氟聚合物凝胶电解质的改性 299

12.6 其他类型的凝胶聚合物电解质 301

12.7 聚烯烃材料的改性 302

12.7.1 表面涂覆聚合物 302

12.7.2 表面接枝 303

12.7.3 注入凝胶电解质 303

参考文献 304

第13章 锂离子电池的生产和检测 305

13.1 锂离子电池的构成 305

13.1.1 安全阀 305

13.1.2 正温度系数端子 306

13.1.3 隔膜 306

13.2 锂离子电池的生产流程 307

13.2.1 液体电解质锂离子电池的生产 308

13.2.2 聚合物锂离子电池的生产 312

13.2.3 微型锂离子电池的生产 313

13.2.4 大型锂离子电池的生产 317

13.3 锂离子电池的化成和分容、出厂检验和实验室锂离子电池的检测 318

13.3.1 锂离子电池的化成和分容 319

13.3.2 锂离子电池的出厂检验 320

13.3.3 锂离子电池性能的检测 320

参考文献 322

第14章 锂离子电池的充放电行为 323

14.1 锂离子电池的充放电方式 324

14.2 液体电解质锂离子电池的充放电行为 325

14.3 聚合物锂离子电池的充放电行为 328

14.4 全固态锂离子电池的充放电行为 330

14.5 大容量锂离子电池的充放电行为 330

14.6 微型锂离子电池 332

14.7 锂离子电池的使用 333

参考文献 333

第15章 锂离子电池的应用 335

15.1 锂离子电池在电子产品方面的应用 335

15.2 锂离子电池在交通工具方面的应用 336

15.2.1 现代汽车 336

15.2.2 电动车 337

15.3 锂离子电池在航空航天领域的应用 343

15.4 锂离子电池在军事方面的应用 344

15.5 微型机电系统和其他微型器件 345

15.6 锂离子电池在储能方面的应用 346

15.6.1 太阳能和风能的储存 346

15.6.2 智能电网的建设 347

15.6.3 峰谷电的调节 348

15.7 锂离子电池在其他方面的应用 349

参考文献 350

第16章 与锂离子电池有关的主要资源情况及其分布 351

16.1 石墨资源 351

16.1.1 石墨的一些物理化学性能及其工业用途 351

16.1.2 石墨资源的种类 351

16.1.3 石墨矿床的类型 352

16.1.4 石墨矿床的主要工业指标 352

16.1.5 石墨矿石的物质组成和主要特征 352

16.1.6 石墨矿资源的分布 353

16.1.7 石墨产品的质量标准 354

16.1.8 石墨资源的提纯 355

16.1.9 石墨矿的综合利用工艺 355

16.1.10 其他石墨产品 356

16.2 锂资源 356

16.2.1 锂的发现及用途 356

16.2.2 锂矿资源的种类及其分布 357

16.2.3 锂资源的提纯 358

16.3 钴资源 359

16.3.1 钴的发现和用途 359

16.3.2 钴资源的种类和分布 360

16.3.3 钴资源的提纯 361

16.4 镍资源 363

16.4.1 镍的发现和用途 363

16.4.2 镍资源的种类和分布 364

16.4.3 镍资源的提纯 365

16.5 锰资源 366

16.5.1 锰的发现及其用途 366

16.5.2 锰矿资源的种类及分布 367

16.5.3 锰资源的提纯 369

16.6 铁矿资源的种类及分布 370

16.6.1 铁矿资源的发现及用途 370

16.6.2 铁矿资源的种类 370

16.6.3 铁矿资源的分布 371

16.6.4 铁资源的提纯 372

参考文献 372

第17章 其他类型锂二次电池 373

17.1 锂／／硫电池 373

17.1.1 硫正极的改性 374

17.1.2 锂负极的改性 378

17.2 水锂电 380

17.2.1 水锂电正极材料 381

17.2.2 水锂电负极材料 383

17.2.3 水锂电的性能 384

17.2.4 水锂电发展展望 385

17.3 锂／／聚合物自由基电池 385

17.4 有机电解液型锂／／空气电池 388

17.5 混合型锂／／空气电池 391

17.5.1 混合型锂／／空气电池电解质 391

17.5.2 混合型锂／／空气电池正极材料 393

参考文献 395