锂离子电容器

锂离子电容器是介于双电层电容器和锂离子电池之间的一种新型储能器件，具有高能量密度、超高功率密度、长循环寿命、可大电流充放电、宽使用温度范围等特点，可广泛应用于电动汽车、新能源发电、轨道交通、国防军工、航空航天等领域，是新能源领域的研究热点。《锂离子电容器》介绍了锂离子电容器的发展历史、工作原理、性能特点和基本概念，重点阐述了锂离子电容器的正极材料、负极材料、电解液、负极预嵌锂技术的研究进展，探讨了制备方法、理化性质及其对锂离子电容器性能的影响，论述了锂离子电容器的制备工艺、测试评价、失效分析、系统集成及其应用。《锂离子电容器》涵盖了锂离子电容器关键科学问题，兼顾了实际工程技术问题，汇集了国内外研究者的近期新研究成果，体现了锂离子电容器的研究现状和未来发展趋势。本书可供材料、化学、新能源、储能、电气等领域从事化学电源研究和设计的科研人员及高等院校相关专业研究生学习参考。

序言
前言
第1章 锂离子电容器简介 1
1.1 概述 1
1.2 锂离子电容器的诞生与发展 4
1.2.1 电化学电容器概述 4
1.2.2 锂离子电容器的发展 6
1.3 锂离子电容器的分类及工作原理 10
1.3.1 锂离子电容器的分类 10
1.3.2 锂离子电容器的工作原理 12
1.4 锂离子电容器的基本概念 13
参考文献 15
第2章 锂离子电容器正极材料 18
2.1 概述 18
2.2 活性炭 18
2.2.1 活性炭的微观结构和化学性质 19
2.2.2 活性炭的孔径分布 21
2.2.3 活性炭的制备方法 23
2.2.4 活性炭的化学改性 24
2.2.5 活性炭在锂离子电容器中的应用 25
2.3 模板碳 29
2.4 碳纳米管 35
2.5 石墨烯 37
2.5.1 石墨烯的基本物性 37
2.5.2 石墨烯粉体的制备方法.39
2.5.3 石墨烯在锂离子电容器中的应用 40
2.5.4 基于CO2转化的石墨烯基电极材料 43
2.6 生物质炭 52
2.6.1 生物炭的形成过程 52
2.6.2 生物炭的表面及内部结构 53
2.6.3 生物炭的主要理化特性.54
2.6.4 生物炭在锂离子电容器中的应用 55
2.7 碳气凝胶 58
2.8 其他正极材料 59
2.9 本章结语 60
参考文献 61
第3章 锂离子电容器负极材料 70
3.1 概述 70
3.2 碳基负极材料 71
3.2.1 石墨类材料 71
3.2.2 中间相炭微球 74
3.2.3 硬碳 75
3.2.4 软碳 77
3.2.5 石墨烯 80
3.2.6 碳纳米管 87
3.2.7 碳纳米纤维 89
3.2.8 其他碳材料 91
3.3 含锂氧化物负极材料 92
3.3.1 钛酸锂 92
3.3.2 钒酸锂 95
3.3.3 硅酸钛锂 97
3.4 过渡金属氧化物负极材料 99
3.4.1 氧化锰 100
3.4.2 铁氧化物 101
3.4.3 钴氧化物 103
3.4.4 氧化镍 104
3.4.5 氧化钼 105
3.4.6 氧化钛 107
3.4.7 氧化铌 109
3.4.8 复合金属氧化物 111
3.4.9 其他氧化物 113
3.5 金属硫族化合物负极材料 115
3.5.1 硫化物 115
3.5.2 硒化物 124
3.5.3 碲化物 127
3.5.4 材料改性研究 128
3.6 合金型负极材料 129
3.6.1 Si基负极材料 131
3.6.2 Sn基负极材料 134
3.6.3 其他合金型负极材料 137
3.7 MXene负极材料 138
3.7.1 Ti3C2Tx 141
3.7.2 Nb2CTx 146
3.8 其他负极材料148
3.8.1 过渡金属碳化物 148
3.8.2 过渡金属氮化物 148
3.8.3 过渡金属氟化物 150
3.8.4 过渡金属磷化物 150
3.9 本章结语 151
参考文献 153
第4章 锂离子电容器电解液 164
4.1 概述 164
4.2 电解液与电极的相互作用 167
4.2.1 电解液与负极的相互作用 168
4.2.2 电解液与正极的相互作用 171
4.3 锂盐 176
4.3.1 LiPF6 178
4.3.2 LiTFSI 180
4.3.3 LiFSI 181
4.3.4 LiBOB 182
4.3.5 LiODFB 184
4.3.6 其他锂盐 185
4.4 有机溶剂 186
4.4.1 碳酸酯 191
4.4.2 醚类 193
4.4.3 羧酸酯 193
4.4.4 砜类 194
4.4.5 其他有机溶剂 194
4.5 功能添加剂 196
4.5.1 成膜添加剂 196
4.5.2 高电压添加剂 204
4.5.3 高温添加剂 205
4.5.4 低温添加剂 206
4.5.5 阻燃添加剂 207
4.5.6 其他添加剂 211
4.6 电解液体系 213
4.6.1 有机体系 213
4.6.2 水系体系 219
4.6.3 离子液体体系 222
4.6.4 高浓度盐体系 225
4.7 本章结语 230
参考文献 230
第5章 锂离子电容器负极预嵌锂技术 243
5.1 概述 243
5.2 金属锂嵌锂法244
5.2.1 金属锂接触嵌锂 244
5.2.2 钝化锂粉接触嵌锂 248
5.2.3 金属锂电极电化学嵌锂 250
5.3 正极添加剂辅助嵌锂法 258
5.3.1 二元锂化合物 258
5.3.2 有机锂化合物 266
5.3.3 富锂过渡金属氧化物 270
5.3.4 其他锂盐化合物 276
5.4 电解液嵌锂法 278
5.5 化学溶液嵌锂法 279
5.6 本章结语 284
参考文献 284
第6章 锂离子电池电容 289
6.1 概述 289
6.1.1 结构和工作原理 289
6.1.2 储能机制和预嵌锂容量 290
6.2 锂离子电池电容的结构 292
6.2.1 混合双材料 292
6.2.2 分段双材料 293
6.2.3 其他复合结构 295
6.3 材料体系 295
6.3.1 LiCoO2+AC体系 296
6.3.2 LiFePO4+AC体系 297
6.3.3 LiMn2O4+AC体系 303
6.3.4 LiNixCoyMnzO2+AC体系 306
6.3.5 Li3V2（PO4）3+AC体系 319
6.4 本章结语 321
参考文献 321
第7章 柔性固态电容器 326
7.1 概述 326
7.2 柔性电极与器件的设计制备 327
7.2.1 柔性薄膜超级电容器 327
7.2.2 叉指状微型超级电容器 331
7.2.3 纤维状超级电容器 333
7.2.4 其他特殊结构柔性超级电容器 336
7.3 固态电解质 341
7.3.1 全固态电解质 341
7.3.2 凝胶固态电解质 343
7.4 器件的柔性性能表征 347
7.5 本章结语 350
参考文献 351
第8章 锂离子电容器表征和测试技术 360
8.1 概述 360
8.2 光谱表征技术 361
8.2.1 X射线衍射 361
8.2.2 同步辐射X射线衍射 365
8.2.3 X射线吸收光谱 368
8.2.4 X射线光电子能谱 370
8.2.5 拉曼光谱 372
8.2.6 红外光谱 375
8.3 电镜表征技术376
8.3.1 扫描电子显微镜 376
8.3.2 透射电子显微镜 378
8.3.3 原子力显微镜 381
8.4 核磁共振波谱技术 382
8.5 低温氮气吸脱附表征技术 384
8.6 电化学表征技术 386
8.6.1 循环伏安法 386
8.6.2 充放电测试 390
8.6.3 电化学阻抗谱 392
8.7 本章结语 394
参考文献 395
第9章 锂离子电容器制备技术及测试规范 397
9.1 概述 397
9.2 锂离子电容器制备工艺 398
9.2.1 结构和类型 398
9.2.2 制备工艺流程 400
9.2.3 电极制备工艺 401
9.2.4 单体制备技术 405
9.2.5 后端制备工艺 410
9.3 锂离子电容器单体设计 410
9.3.1 正负极材料体系设计 410
9.3.2 正负极容量匹配 412
9.3.3 工艺参数设计 414
9.3.4 非活性材料 415
9.3.5 高性能锂离子电容器的研制 425
9.4 锂离子电容器单体性能测试及评价 426
9.4.1 测试规范 427
9.4.2 评价体系 434
9.4.3 安全性能测试规范 437
9.5 本章结语 438
参考文献 439
第10章 锂离子电容器系统集成技术 443
10.1 概述 443
10.2 锂离子电容器建模理论 443
10.2.1 电化学模型 444
10.2.2 等效电路模型 446
10.2.3 分数阶模型 451
10.2.4 数据驱动模型 456
10.3 锂离子电容器热特性与仿真 457
10.3.1 生热原理 457
10.3.2 温度对单体性能影响 460
10.3.3 充放电热特性分析 463
10.3.4 软包单体放电热模型与仿真 466
10.3.5 热安全性 469
10.4 锂离子电容器老化机制与寿命预测 471
10.4.1 老化机制 471
10.4.2 寿命预测 480
10.5 锂离子电容器自放电机制 483
10.5.1 双电层自放电机制 483
10.5.2 自放电分析 488
10.6 锂离子电容器成组技术 493
10.6.1 模组设计 493
10.6.2 荷电状态估计 498
10.6.3 均衡管理系统 501
10.6.4 热管理系统 505
10.7 本章结语 509
参考文献 509
第11章 锂离子电容器的应用 516
11.1 概述 516
11.2 锂离子电容器主要应用领域 516
11.2.1 日常应用领域 517
11.2.2 工业节能 521
11.2.3 交通运输 527
11.2.4 新型电力系统 540
11.2.5 航空航天与国防军工 547
11.3 锂离子电容器产业政策与市场规模 550
11.3.1 中国超级电容器政策导向和产业发展 550
11.3.2 锂离子电容器市场规模 551
11.4 本章结语 552
参考文献 552