锂二次电池原理与应用PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1 电池的历史 1

1.2 电池技术的发展 2

1.3 锂二次电池的概述 4

1.4 锂二次电池的未来 6

参考文献 6

第2章 电池化学的基础 7

2.1 电池的组成 7

2.1.1 电化学单元和电池 7

2.1.2 电池组件和电极 7

2.1.3 全电池和半电池 8

2.1.4 电化学反应和电势 8

2.2 电池电压和电流 9

2.2.1 电压 9

2.2.2 电流 10

2.2.3 极化 11

2.3 电池特性 12

2.3.1 容量 12

2.3.2 能量密度 12

2.3.3 功率 12

2.3.4 循环寿命 13

2.3.5 放电曲线 13

第3章 锂二次电池材料 15

3.1 正极材料 15

3.1.1 正极材料的发展史 15

3.1.2 正极材料的概述 16

3.1.2.1 正极材料的氧化还原反应 16

3.1.2.2 放电电压曲线 17

3.1.2.3 正极材料的特性要求 19

3.1.2.4 正极材料的工作原理 19

3.1.3 正极材料的结构与电化学性质 20

3.1.3.1 层状化合物 20

3.1.3.2 尖晶石化合物 39

3.1.3.3 橄榄石型化合物 43

3.1.3.4 钒的化合物 48

3.1.4 通过表面修饰改善性能 50

3.1.4.1 层状结构化合物 51

3.1.4.2 尖晶石化合物 52

3.1.4.3 橄榄石型化合物 55

3.1.5 正极材料的热稳定性 55

3.1.5.1 电池安全的基本理论 55

3.1.5.2 电池安全与正极材料 59

3.1.5.3 正极的热稳定性 60

3.1.6 正极材料物理性质的预测与正极材料设计 65

3.1.6.1 第一性原理计算的介绍 67

3.1.6.2 采用第一性原理计算来预测和考察电极的物理性质 69

参考文献 73

3.2 负极材料 77

3.2.1 负极材料的发展史 77

3.2.2 负极材料的概述 77

3.2.3 负极材料的类型与电化学特性 79

3.2.3.1 金属锂 79

3.2.3.2 碳材料 79

3.2.3.3 非碳材料 104

3.2.4 小结 121

参考文献 122

3.3 电解液 125

3.3.1 液体电解液 126

3.3.1.1 液体电解液的要求 126

3.3.1.2 液体电解液的组成 126

3.3.1.3 液态电解液的性质 130

3.3.1.4 离子液体 132

3.3.1.5 电解液添加剂 136

3.3.1.6 电解液热稳定性的改善 141

3.3.1.7 液体电解液的发展趋势 142

3.3.2 聚合物电解质 143

3.3.2.1 聚合物电解质的类型 143

3.3.2.2 聚合物电解质的制备 149

3.3.2.3 聚合物电解质的性质 151

3.3.2.4 聚合物电解质的发展趋势 152

3.3.3 隔膜 153

3.3.3.1 隔膜的功能 153

3.3.3.2 隔膜的基本性质 154

3.3.3.3 隔膜对电池装配的影响 155

3.3.3.4 隔膜的抗氧化性 156

3.3.3.5 隔膜的热稳定性 157

3.3.3.6 隔膜材料的发展 157

3.3.3.7 隔膜的制造工序 159

3.3.3.8 隔膜的前景 159

3.3.4 粘结剂、导电剂与集流体 160

3.3.4.1 粘结剂 160

3.3.4.2 导电剂 167

3.3.4.3 集流体 169

参考文献 170

3.4 界面反应与特征 173

3.4.1 非水电解液的电化学分解 173

3.4.2 电极表面SEI膜的形成 178

3.4.3 负极-电解液的界面反应 180

3.4.3.1 锂金属-电解液的界面反应 181

3.4.3.2 石墨（碳材料）的界面反应 186

3.4.3.3 SEI膜的厚度 187

3.4.3.4 添加剂的影响 189

3.4.3.5 非碳负极与电解液间的界面反应 190

3.4.4 正极-电解液的界面反应 193

3.4.4.1 氧化物正极的本征表面层 193

3.4.4.2 氧化物正极的SEI膜 194

3.4.4.3 氧化物正极的界面反应 194

3.4.4.4 磷酸盐正极的界面反应 199

3.4.5 集流体-电解液的界面反应 199

3.4.5.1 铝的本征层 200

3.4.5.2 铝的腐蚀 200

3.4.5.3 铝表面钝化层的形成 202

参考文献 203

第4章 电化学分析与材料性能分析 206

4.1 电化学分析 206

4.1.1 开路电压 206

4.1.2 线性扫描伏安法 207

4.1.3 循环伏安法 207

4.1.4 恒电流法 209

4.1.4.1 电压截止控制法 209

4.1.4.2 恒容截止控制法 210

4.1.5 恒压法 210

4.1.5.1 恒压充电 211

4.1.5.2 电势阶跃测试 211

4.1.6 恒电流间歇滴定法和恒电位间歇滴定法 212

4.1.6.1 恒电流间歇滴定法 212

4.1.6.2 恒电位间歇滴定法 213

4.1.7 交流阻抗分析 213

4.1.7.1 原理 213

4.1.7.2 等效电路模型 215

4.1.7.3 电极特征分析的应用 220

4.1.7.4 应用分析（1）：Al/LiCoO2／电解液／碳／Cu电池 222

4.1.7.5 应用分析（2）：Al/LiCoO2／电解液／MCMB/Cu电池 226

4.1.7.6 相对介电常数 226

4.1.7.7 离子电导率 227

4.1.7.8 扩散系数 228

4.1.8 EQCM分析 229

参考文献 232

4.2 材料性能分析 233

4.2.1 X射线衍射分析 233

4.2.1.1 X射线衍射分析原理 233

4.2.1.2 Rietveld精修 235

4.2.1.3 原位XRD 236

4.2.2 红外光谱和拉曼光谱 240

4.2.2.1 红外光谱 241

4.2.2.2 拉曼光谱 244

4.2.3 固态核磁共振光谱 247

4.2.4 X射线光电子能谱 251

4.2.5 X射线吸收光谱 254

4.2.5.1 X射线吸收近边结构 255

4.2.5.2 扩展X射线吸收精细结构 255

4.2.6 透射电镜 260

4.2.7 扫描电镜 263

4.2.8 原子力显微镜 265

4.2.9 热分析 268

4.2.10 气相色谱-质谱 272

4.2.11 电感耦合等离子体质谱 275

4.2.12 比表面积测试 276

参考文献 280

第5章 电池设计和制造 282

5.1 电池设计 282

5.1.1 电池容量 282

5.1.2 电极电势与电池电压的设计 284

5.1.3 正极／负极容量比的设计 285

5.1.4 电池设计的实际应用 287

5.2 电池制造工序 289

5.2.1 电极制造工艺 291

5.2.1.1 电极浆料的制备 291

5.2.1.2 电极涂覆 291

5.2.1.3 辊压工序 292

5.2.1.4 分切工序 292

5.2.1.5 真空干燥工序 293

5.2.2 装配工序 293

5.2.2.1 卷绕工序 293

5.2.2.2 卷芯入壳／正极极耳焊接／辊槽工序 295

5.2.2.3 注液工序 295

5.2.2.4 正极极耳焊接／封口／X射线检测／清洗工序 295

5.2.3 化成工序 295

5.2.3.1 化成工序的目的 295

5.2.3.2 步骤与功能 295

参考文献 296

第6章 电池性能评估 297

6.1 电池充放电曲线 297

6.1.1 充放电曲线的重要性 297

6.1.2 充放电曲线的调整 299

6.1.3 过充曲线与充放电曲线 300

6.2 电池的循环寿命 301

6.2.1 循环寿命的重要性 301

6.2.2 电池循环寿命的影响因素 302

6.3 电池容量 303

6.3.1 概述 303

6.3.2 电池容量 304

6.3.3 电池容量的测试 305

6.4 倍率放电下的放电特性 306

6.5 温度特性 307

6.5.1 低温特性 308

6.5.2 高温特性 308

6.6 能量密度与功率密度（质量能量密度与体积功率密度） 309

6.6.1 能量密度 309

6.6.2 功率密度 309

6.7 应用 309

6.7.1 移动设备的应用 310

6.7.2 交通设备的应用 310

6.7.3 其他应用 310