化学电源技术丛书--锂离子电池原理与关键技术

本书是《化学电源技术丛书》的一个分册。书中介绍了锂元素的物理化学性质；锂离子电池的基本概念与组装技术；正极材料的微观组成与电化学性能；负极材料、电解液、电极材料的研究方法以及锂离子电池的应用与展望。本书汇集了国内外研究者的科技成果与相关技术，体现了锂离子电池当今发展和研究的趋势，是化学、物理、材料等学科的基础理论研究与应用技术的前沿集成反映。 本书适合于高等学校、科研院所、相关企业从事化学电源研发的科研人员、管理工作者和生产技术人员等，同时可作为相关专业的师生学习参考用书

第1章锂元素的物理、化学性质1 参考文献5 第2章锂离子电池的基本概念与组装技术6 2.1锂离子电池的工作原理和特点6 2.1.1工作原理6 2.1.2锂离子电池的主要特点8 2.2锂离子电池的电化学性能10 2.2.1锂离子电池的电动势10 2.2.2电池开路电压11 2.3锂离子电池的类型12 2.4锂离子电池的设计15 2.4.1电池设计的一般程序16 2.4.2电池设计的要求16 2.4.3电池性能设计17 2.44AA型锂离子电池的结构设计19 2.4.5电池保护电路设计19 2.4.6锂离子电池监控器22 2.4.7锂离子电池体系热变化与控制23 2.5锂离子电池的基本组成及关键材料26 2.5.1电极材料26 2.5.2电池组装工艺与技术50 参考文献58 第3章正极材料60 3.1 正极材料的微观结构60 3.1.1LiCoO2材料60 3.1.2LiNiO2材料61 3.1.3LiMn2O4材料63 3.1.4磷酸体系化合物65 3.2正极材料的分类及电化学性能65 3.2.1层状锂钴氧化物66 3.2.2层状锂镍氧化物67 3.2.3尖晶石型氧化物69 3.2.4复合层状氧化物75 3.2.5其他层状氧化物89 3.2.6层状二硫族化物正极材料90 3.2.7三硫族化物及相关材料94 3.2.8磷酸盐体系94 3.2.9有机导电聚合物材料101 3.3正极材料的制备方法103 3.3.1溶剂热法合成103 3.3.2高温反应法110 3.3.3溶胶凝胶法113 3.3.4低温固相反应法117 3.3.5电化学合成法119 3.3.6机械化学活化法122 参考文献124 第4章负极材料130 4.1负极材料的发展130 4.1.1金属锂及其合金130 4.1.2碳材料132 4.1.3氧化物负极材料133 4.1.4其他负极材料134 4.1.5复合负极材料134 4.2负极材料的特点及分类135 4.2.1负极材料的特点135 4.2.2负极材料的分类135 4.3晶体材料和非晶化合物136 4.3.1石墨类碳材料137 4.3.2无定形碳材料156 4.3.3碳材料性能的改进方法163 4.3.4锡基材料170 4.3.5硅基材料174 4.3.6合金材料178 4.3.7复合物材料183 4.3.8过渡金属氧化物185 4.3.9其他186 4.4纳米电极材料187 4.4.1碳纳米材料188 4.4.2纳米金属及纳米合金192 4.4.3纳米氧化物193 4.5其他类型材料194 4.5.1锂金属氮化物194 4.5.2锂钛复合氧化物Li4/3Ti5/3O4196 4.6膜电极材料200 4.6.1薄膜电极材料的制备方法201 4.6.2薄膜电极材料的分类203 参考文献206 第5章电解质212 5.1液体电解质212 5.2电解质锂盐215 5.2.1C中心原子的锂盐216 5.2.2N中心原子的锂盐216 5.2.3B中心原子的锂盐216 5.2.4Al中心原子的锂盐217 5.2.5离子液体/室温熔融盐电解质218 5.2.6电解质的热稳定性223 5.2.7电解质分解224 5.2.8固体电解质界面(SEI)膜232 5.2.9电解液对正、负电极集流体的表面腐蚀234 5.2.10电解液对正、负电极材料的表面腐蚀237 5.2.11功能添加剂240 5.2.12隔膜251 5.3无机固体电解质251 5.3.1固体电解质252 5.3.2LiX材料253 5.3.3Li3N及其同系物255 5.3.4含氧酸盐255 5.3.5薄膜固体电解质257 5.4聚合物电解质259 5.4.1纯固态聚合物电解质263 5.4.2凝胶型聚合物电解质266 5.4.3增塑剂在凝胶型聚合物中的作用268 5.4.4聚合物电解质276 5.4.5纳米陶瓷复合聚合物电解质279 5.4.6结晶性聚合物电解质中的离子传导284 5.4.7电化学与界面稳定性288 参考文献288 第6章电极材料研究方法297 6.1研究方法简介297 6.1.1X射线及其基本性质297 6.1.2红外光谱研究302 6.1.3拉曼(Raman)光谱研究304 6.1.4锂离子扩散305 6.1.5电化学阻抗技术308 6.1.6热力学函数与电池电动势308 6.2电极材料的微观结构研究309 6.2.1化学计量尖晶石Li1+δMn2-δO4(0≤δ≤033)310 6.2.2层状结构Li-Mn-O313 6.3离子分布式314 6.3.1LiCrxMn2-xO4-yAy离子分布式及容量计算314 6.3.2Mn3O4离子分布式与晶格常数计算316 6.4动力学、热力学和相平衡研究316 6.4.1动力学316 6.4.2热力学320 6.4.3电极电位与电极反应322 6.4.4三元Li-M-O体系的热力学325 6.4.5Li-M-X-O四元系统的热力学326 6.5交流阻抗谱法在材料中的研究329 6.5.1负极材料的研究329 6.5.2正极材料的研究331 6.6锂离子嵌脱的交流阻抗模型333 6.7高温电化学研究方法335 6.7.1尖晶石LiMn2O4高温研究335 6.7.2改进方法337 参考文献338 第7章锂离子电池的应用与展望340 7.1电子产品方面的应用341 7.2交通工具方面的应用342 7.2.1电动自行车342 7.2.2电动汽车344 7.3在国防军事方面的应用351 7.4在航空航天方面的应用355 7.4.1在航空领域中的应用355 7.4.2在航天领域的应用356 7.5在储能方面的应用357 7.6在其他方面的应用359 7.6.1电动工具359 7.6.2矿产和石油开采359 7.6.3医学和微型机电系统360 7.7展望360 参考文献360