第1章 锂二次电池的原理、发展和一些基本概念 1
1.1 充电电池的基本原理及电池反应 1
前言 1
1.2 锂二次电池的诞生及发展过程 3
1.2.1 锂二次电池的诞生 3
1.2.2 锂二次电池的研究及发展过程 4
1.3 锂二次电池的分类及原理 8
1.3.1 锂二次电池的分类 8
1.3.2 锂离子电池的工作原理 8
1.3.3 锂／聚合物二次电池的工作原理 9
1.4 锂二次电池的结构 9
参考文献 10
第2章 正极材料 12
2.1 正极材料的选择 12
2.2.1 层状氧化钴锂 14
2.2 氧化钴锂 14
2.2.1.1 溶胶-凝胶法制备层状氧化钴锂 16
2.2.1.2 喷雾干燥法制备层状氧化钴锂 17
2.2.1.3 其他方法 17
2.2.2 尖晶石型氧化钴锂 18
2.3 氧化镍锂 19
2.3.1 氧化镍锂的性能 19
2.3.2 氧化镍锂的改性 19
2.3.2.1 掺杂元素改性氧化镍锂 20
2.3.2.2 溶胶-凝胶法制备氧化镍锂 22
2.4 锰的氧化物 23
2.4.1 隧道结构 23
2.4.1.1 α-MnO2及锂化α-MnO2 24
2.4.1.2 β-MnO2 25
2.4.1.3 γ-MnO2 25
2.4.1.4 斜方-MnO2 26
2.4.1.5 正交Na0.44MnO2 27
2.4.2 层状结构的氧化锰锂 27
2.4.2.1 层状结构LiMnO2 28
2.4.2.2 Li2-χMnO3-χ/2及锂化衍生物 28
2.4.2.3 正交LiMnO2 29
2.4.3 Li-Mn-O尖晶石结构 30
2.4.3.1 Li［Mn2］O4尖晶石 31
2.4.3.2 Li4Mn5O9和Li4Mn5O12 44
2.4.3.3 富氧和缺氧尖晶石LiMn2O4±δ 45
2.4.3.4 薄膜LiMn2O4 45
2.5 Li-V-O化合物 46
2.5.1 层状化合物Li-V-O 46
2.5.1.1 LiVO2 47
2.5.1.2 α-V2O5及其锂化衍生物 47
2.5.1.4 Li0.6V2-δO4-δ·H2O和Li0.6V2-δO4-δ 49
2.5.1.3 Li1.2V3O8 49
2.5.1.5 无定形V2O5 51
2.5.1.6 钒氧化物的掺杂 51
2.5.1.7 溶胶-凝胶法制备钒的氧化物 51
2.5.1.8 其他方法制备钒的氧化物 53
2.5.2 尖晶石Li［V2］O4 54
2.6 5V正极材料 54
2.6.1 尖晶石结构LiMn2-χMχO4(M=Cr、Co、Ni和Cu) 55
2.6.2 反尖晶石V［LiM］O4(M=Ni、Co) 55
2.7 多阴离子正极材料 56
2.7.1 橄榄石结构 56
2.7.2 NASICON框架 58
2.8 其他正极材料 61
2.8.1 铁的化合物 61
2.8.1.1 Fe3O4 61
2.8.1.2 LiFeo2 62
2.8.2 铬的氧化物 63
2.8.1.3 其他铁化合物 63
2.8.3 钼的氧化物 64
2.8.4 其他化合物 65
参考文献 66
第3章 负极材料 78
3.1 碳材料种类及结构 78
3.1.1 碳材料的结构 78
3.1.2 石墨晶体的拉曼光谱 80
3.1.3 碳材料的结构 82
3.1.4 石墨化过程 83
3.1.5 碳材料的表面结构 83
3.2 石墨化碳材料 86
3.3 无定形碳材料 92
3.4 碳材料的改性 94
3.4.1 引入非金属 94
3.4.2 引入金属元素 97
3.4.3.1 氧化处理 99
3.4.3 表面处理 99
3.4.3.2 表面涂层 101
3.4.4 其他方法 103
3.5 锂在碳材料中的插入机理 104
3.5.1 锂分子Li2机理 105
3.5.2 多层锂机理 105
3.5.3 晶格点阵机理 106
3.5.4 弹性球-弹性网模型 107
3.5.5 层-边端-表面储锂机理 107
3.5.6 纳米级石墨储锂机理 108
3.5.7 碳-锂-氢机理 109
3.5.8 单层墨片分子机理 109
3.5.9 微孔储锂机理 110
3.6 氮化物 112
3.7 硅及硅化物 114
3.8.1 氧化物的研究 115
3.8 锡基材料 115
3.8.2 复合氧化物 118
3.8.3 锡盐 120
3.8.4 其他锡化物 121
3.9 新型合金 121
3.10 其他负极材料 126
参考文献 128
第4章 非水液体电解质 141
4.1 设计有机溶剂电解质体系的一些基本概念 142
4.1.1 研究的一些有机溶剂及性能 143
4.1.2 锂盐 145
4.1.3 离子电导率 145
4.1.4 影响电池性能的几个因素 149
4.2 部分有机溶剂的研究及其对电极材料性能的影响 150
4.2.1 部分有机溶剂的研究 150
4.2.1.1 碳酸丙烯酯 150
4.2.1.2 碳酸乙烯酯 151
4.2.1.3 其他溶剂 153
4.2.2 电解液组分对碳负极材料的影响 153
4.2.2.1 具有石墨结构的沥青基碳纤维 153
4.2.2.2 石墨化中间相微珠(MCMB) 156
4.2.2.3 石墨发生剥离的机理探讨 156
4.3 电化学石英晶体微量天平 157
4.4 防过充电电解质 160
4.5 其他方面的研究 163
参考文献 164
第5章 聚合物电解质 167
5.1 聚合物电解质的发展及分类 167
5.2 导电模型 170
5.2.1 VTF方程 170
5.2.2 动态键渗透模型 170
5.2.3 MN法则 170
5.3 聚合物电解质的要求 171
5.2.4 有效介质理论 171
5.4 聚氧化乙烯 172
5.4.1 形成共聚物 172
5.4.1.1 与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的共聚 173
5.4.1.2 与聚丙烯酰胺(PAAM)的共聚 174
5.4.2 生成交联聚合物 175
5.4.3 加入掺杂盐 175
5.4.4 加入有机增塑剂 176
5.4.5 加入无机填料 176
5.5 聚丙烯腈(PAN)为基的聚合物电解质 180
5.5.1 凝胶电解质的离子传导性 180
5.5.2 化学交联凝胶电解质 184
5.5.3 PAN基凝胶电解质的改善 186
5.6 聚甲基丙烯酸酯(PMMA) 187
5.7.1 聚偏氟乙烯系聚合物及其特征 189
5.7 聚偏氟乙烯(PVDF)系凝胶聚合物电解质 189
5.7.2 聚合工艺与纯度 191
5.7.3 结构和物理性能 192
5.7.4 溶解性及膨胀性 192
5.7.5 热稳定性、燃烧性和反应性 193
5.7.6 凝胶电解质的制备 194
5.8 聚膦嗪 194
5.8.1 聚膦嗪的合成 195
5.8.2 辐射交联 195
5.8.3 侧基结构对电导率的影响 195
5.9 单离子聚合物电解质 197
5.10 其他聚合物电解质 200
5.10.1 聚合物电解质的复合 200
5.10.2 有机-无机复合电解质 200
5.10.2.1 离分子盐中电解质 200
5.10.2.2 硅氧烷、硼氧烷与有机物结合形成的复合电解质 201
参考文献 203
第6章 无机电解质 210
6.1 晶体电解质 210
6.1.1 Li3N基电解质 211
6.1.2 钙钛矿型固体电解质 212
6.1.3 NASION结构的A(I)B(IV)｀2(PO4)3 214
6.2 玻璃态电解质 214
6.2.1 氧化物玻璃态电解质 215
6.2.1.1 氧化物玻璃体电解质的压实 216
6.2.2 硫化物玻璃态电解质 218
6.2.2.1 Li3PO4-Li2S-SiS2的合成和玻璃态形成区 218
6.2.2.2 离子电导率及其结构 219
6.2.2.3 电化学稳定性 221
6.2.2.4 组成电池的循环性能 224
6.2.2.5 与聚合物的复合 224
6.3 熔融盐电解质 224
参考文献 227
第7章 电解质锂盐 230
7.1 四氟硼酸锂 230
7.1.1 四氟硼酸锂的合成 230
7.1.1.1 固相-气相法 230
7.1.1.2 水溶液法 231
7.1.1.3 非水溶液法 232
7.1.2 四氟硼酸锂的纯化 233
7.2 六氟磷酸锂 234
7.2.1 LiPF6的传统制备方法 234
7.2.2 络合法 237
7.2.3 溶液法 238
7.3 三氟甲基磺酸锂 239
7.4 二(三氟甲基磺酰)亚胺锂及其类似物 240
7.5 二(多氟烷氧基磺酰)亚胺锂 241
7.6 三(三氟甲基磺酰)甲基锂 241
7.7 基他锂盐 242
参考文献 244
第8章 金属锂二次电池 247
8.1 金属锂负极 248
8.1.1 金属锂负极的两个基本概念 248
8.1.2 锂沉积和溶解机理 251
8.1.3 充放电速率对FOM的影响 253
8.2 锂负极表面膜及其改性 254
8.2.1 锂本身的表面膜 254
8.2.2 电解质的影响 255
8.2.3 添加剂对表面膜的影响 255
8.3 锂／FeS2二次电池 262
8.3.1 高温Li/FeS2二次电池 263
8.3.2 中温Li/FeS2二次电池 264
8.3.3 室温Li/FeS2二次电池 267
参考文献 269
9.1 前言 274
第9章 锂二次电池聚合物正极材料 274
9.2 聚乙炔 276
9.3 聚苯 277
9.4 聚苯胺 278
9.5 聚吡咯 281
9.6 聚噻吩 284
9.7 聚硫化物 286
9.7.1 硫及其活化、二硫化物 286
9.7.2 聚硫化物 291
9.8 复合正极材料 294
9.8.1 聚合物正极材料与无机材料的复合 294
9.8.2 聚合物正极材料与有机材料的复合 297
9.9 其他聚合物正极材料 301
参考文献 301
第10章 锂二次电池其他材料和生产流程 307
10.1 胶粘剂 307
10.1.1 含氟聚合物胶粘剂 308
10.1.2 其他胶粘剂 309
10.2 隔膜 311
10.2.1 隔膜的作用和性能 311
10.2.2 隔膜材料 312
10.2.3 膜的生产方法 312
10.2.4 隔膜的一些性能 313
10.2.5 隔膜对电池的影响 314
10.2.5.1 组装过程 314
10.2.5.2 电化学性能 314
10.2.5.3 安全性 315
10.3 正温度系数端子(Positive temperature coefficient,PTC) 316
10.4 集电极 317
10.5 导电剂 318
10.6 锂二次电池的生产流程 321
参考文献 323
11.1 锂二次电池体系热量的产生 326
第11章 锂二次电池的安全性检测 326
11.2 正常循环时发生的事故 329
11.3 锂二次电池的设计中采用的安全措施 330
11.4 安全测试 331
11.5 商品锂二次电池的安全测试要求 333
参考文献 334
第12章 锂二次电池的特点及应用 336
12.1 锂离子电池的特点 336
12.2 锂二次电池在电子产品方面的应用 337
12.3 锂离子电池在交通工具方面的应用 340
12.3.1 电动汽车 340
12.3.2 混合动力汽车(HEV) 344
12.4 锂离子电池在航空航天领域的应用 345
12.5 锂离子电池在军事方面的应用 348
12.6 锂离子电池在医学方面的应用 349
12.7 锂二次电池在其他方面的应用 349
参考文献 351