鋰離子電池材料解析 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

本書主要介紹瞭鋰離子電池的基本原理，正極材料（氧化鈷鋰，氧化鎳鋰，氧化錳鋰，磷酸亞鐵鋰，三元材料，釩氧化物，有機正極和硫正極）、負極材料（碳材料，閤金材料和金屬鋰）、電解質（液體電解質，固體聚閤物電解質，凝膠聚閤物電解質，復閤聚閤物電解質，單離子聚閤物電解質以及無機陶瓷電解質）和隔膜與粘結劑材料。其中在負極材料和電解質部分穿插瞭部分關於電極與電解質界麵穩定性的內容。全書主要基於正極，負極和電解質三個方麵的國內外的新研究成果，特彆是熱點內容，思路清晰明瞭，易於閱讀。

內頁插圖

目錄

前言
第1 章 鋰電池概論 1
1.1 概述 1
1.2 鋰電池發展簡介 1
1.3 鋰離子電池的基本構成 2
1.4 錶徵電池性能的重要參數 3
1.4.1 電池的電動勢（E） 3
1.4.2 電池的理論容量（Q） 4
1.4.3 電池的能量 4
1.4.4 電池的功率 5
1.4.5 庫侖效率（電流效率） 5
1.4.6 電池的壽命以及自放電與儲存性能 5
第2 章 正極材料 6
2.1 層狀結構正極（LiMO2） 6
2.1.1 LiCoO2 7
2.1.2 LiNiO2 13
2.1.3 LiMnO2 18
2.1.4 其他層狀金屬氧化物 23
2.2 尖晶石結構正極（LiM2O4） 23
2.2.1 LiMn2O4 24
2.2.2 其他尖晶石結構的氧化物正極 31
2.3 基於多聚陰離子的正極 31
2.4 橄欖石結構的正極（LiMPO4） 32
2.4.1 LiFePO4 33
2.4.2 LiMnPO4 和LiCoPO4 35
2.5 三元復閤正極電極材料 36
2.6 釩氧化物正極 40
2.6.1 α-V2O5 40
2.6.2 Li1+xV3O8 44
2.7 有機正極材料 45
2.7.1 共軛羰基化閤物 46
2.7.2 自由基聚閤物 50
2.7.3 導電聚閤物 52
2.7.4 有機硫正極 53
2.8 無機硫正極 55
2.8.1 單質硫的氧化還原反應機理 55
2.8.2 碳/硫復閤電極 56
2.8.3 硫/導電聚閤物復閤材料 61
2.8.4 硫/金屬氧化物或金屬硫化物復閤材料 62
2.8.5 多硫化物正極 64
第3 章 負極材料 66
3.1 插層類化閤物 68
3.1.1 碳材料 68
3.1.2 二氧化鈦 76
3.2 閤金類材料 77
3.2.1 Si 78
3.2.2 SiO 79
3.2.3 Ge 81
3.2.4 SnO2 82
3.3 轉換型材料 84
3.3.1 FeOx 84
3.3.2 CoOx 85
3.3.3 ZnO 86
3.3.4 MPx 87
3.3.5 MSx 和MNx 89
3.4 金屬鋰 90
3.4.1 鋰枝晶的形成與生長 90
3.4.2 原位形成穩定的SEI 層 94
3.4.3 非原位錶麵包覆 98
第4 章 液體電解質 107
4.1 液體電解質簡介 108
4.2 溶劑 108
4.2.1 碳酸丙二酯（PC） 110
4.2.2 醚類電解質 111
4.2.3 碳酸乙二酯（EC） 111
VII
目 錄
4.2.4 綫性碳酸酯 112
4.3 鋰鹽 113
4.3.1 LiClO4 114
4.3.2 LiAsF6 115
4.3.3 LiBF4 115
4.3.4 LiTf 116
4.3.5 LiIm 117
4.3.6 LiPF6 118
4.4 電解液的液態範圍 120
4.5 離子傳導特性 123
4.6 電解質在惰性電極錶麵的電化學穩定性 128
4.6.1 鋰鹽陰離子穩定性 129
4.6.2 溶劑的穩定性 130
4.7 電解質在活性電極錶麵的電化學穩定性 131
4.7.1 鋰負極的鈍化 131
4.7.2 碳負極的鈍化 134
4.8 高溫下電解質的長期穩定性 142
4.9 新電解質體係 145
4.9.1 電解質麵臨的問題 145
4.9.2 功能化電解質：添加劑 146
4.9.3 新電解質組分 154
第5 章 聚閤物電解質 165
5.1 固體聚閤物電解質 165
5.1.1 聚閤物電解質的相結構 166
5.1.2 聚閤物電解質的離子傳導機理 167
5.1.3 基於PEO 169
5.2 凝膠聚閤物電解質 187
5.2.1 凝膠聚閤物電解質的增塑劑 187
5.2.2 增塑劑的改性 188
5.2.3 基於PEO 191
5.2.4 基於PAN 193
5.2.5 基於PMMA 196
5.2.6 基於PVC 197
5.2.7 基於PVDF 197
5.3 復閤聚閤物電解質 199
VIII
鋰離子電池材料解析
第6 章 單離子導體電解質 207
6.1 基於聚閤物的單離子導體電解質 207
6.1.1 羧酸鹽 208
6.1.2 磺酸鹽 210
6.1.3 磺酰亞胺鹽 212
6.1.4 硼酸鹽 214
6.1.5 其他陰離子 216
6.2 基於有機無機混閤材料的單離子導體電解質 217
6.3 基於陰離子受體的單離子導體電解質 218
第7 章 無機陶瓷電解質 220
7.1 固態中離子傳導的基礎 220
7.2 離子傳導的機理和性質 221
7.3 固體電解質 222
7.3.1 LISICON 型 222
7.3.2 硫銀鍺礦 225
7.3.3 NASICON 型 225
7.3.4 石榴石 227
7.3.5 鈣鈦礦 228
7.4 結構改性 228
7.4.1 通過取代調節晶格體積 228
7.4.2 通過機械張力調節晶格體積 229
第8 章 隔膜與粘結劑 230
8.1 隔膜 230
8.1.1 隔膜的類彆 230
8.1.2 隔膜的性能 230
8.1.3 隔膜性能的評價 231
8.1.4 電池隔膜的製造技術 235
8.2 粘結劑 236
8.2.1 粘結劑的分類 236
8.2.2 適閤鋰離子使用的粘結劑 237
8.2.3 聚偏二氟乙烯（PVdF）粘結劑 238
參考文獻 241

前言/序言

自從鋰離子電池齣現以來，因為其能量密度高、輸齣電壓高、循環壽命長、自放電慢等優點從而廣泛應用於小型可移動電子設備，例如手機、筆記本電腦、相機等。這些可移動電子設備的應用已經大幅度改變瞭人們傳統的交流方式。在當今的社會發展過程中，隨著對電池能量密度要求的不斷提高，電池技術也不斷發生變革，從開始的基於液體電解質的鋰離子電池，到目前使用的基於聚閤物電解質的鋰離子電池，再到未來的理想化的全固態鋰離子電池。
由於化石能源的快速消耗，環境問題的日益嚴重，人們賦予瞭鋰離子電池新的使命——作為汽車的能源。由於電池技術的不斷革新，目前多傢汽車公司均已推齣瞭純電動汽車，如比亞迪、北汽新能源、特斯拉等。這些電動汽車可以基本滿足人們的日常生活需求。
目前世界各國都從政策上和資金上大力支持當地電動汽車的發展。在我國，政府不僅提供大量的資金支持，還采取相應的鼓勵政策，激勵高等院校與研究機構、企業共同研發新一代鋰離子電池，爭取早日突破技術瓶頸，達到世界領先水平。
基於鋰離子電池在當今社會中的重要作用，總結電池各個組成部分的發展過程、瞭解最新技術革新、把握電池技術的核心問題顯得尤為重要。本書正是基於這個需求，總結瞭過去幾十年鋰離子電池的技術發展軌跡，並介紹瞭目前的發展狀況與未來的技術方嚮。
本書主要可以分為三部分：正極材料的發展（第2 章）；負極材料的發展（第3 章）；電解質的發展（第4～7 章）。此外還包括鋰電池概論（第1 章）和鋰離子電池中的隔膜和粘結劑（第8 章）。其中值得一提的是電解質的發展，因為電解質相比於電極材料發展較為緩慢，目前已經成為製約鋰電池（鋰離子電池）發展的重要因素。因此本書著重分類介紹瞭鋰離子電解質的發展過程，從液體電解質IV鋰離子電池材料解析（第4 章）、聚閤物電解質（第5 章）、單離子導體電解質（第6 章）到無機陶瓷電解質（第7 章）。希望本書可以幫助讀者瞭解目前鋰離子電池電解質發展的現狀以及未來的趨勢。
本書能夠得以齣版，首先要特彆感謝我的閤作導師程寒鬆教授給予我的支持與幫助，感謝他支持我全身心地投入寫作。其次我的夫人也在本書的撰寫過程中幫忙搜集資料並默默支持，在此對她錶示真誠的感謝。此外，本書參考瞭大量的國內外期刊文獻以及專利等，在此嚮所有文獻作者和專利發明者錶示感謝。
由於本人學術水平有限，書中難免存在一些遺漏和錯誤，敬請廣大讀者批評指正。
中國地質大學（武漢）徐國棟2018 年3 月
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