先進(jìn)鋰離子電池：材料創(chuàng)新與安全調(diào)控

第1章鋰離子電池概述1
1.121世紀(jì)的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)2
1.2鋰離子電池的理論基礎(chǔ)和科學(xué)問題8
1.2.1鋰離子電池的工作原理9
1.2.2鋰離子電池的性能參數(shù)10
1.2.3鋰離子電池的基礎(chǔ)科學(xué)問題12
1.3鋰離子電池的關(guān)鍵材料和界面特性16
1.3.1鋰離子電池的關(guān)鍵材料16
1.3.2材料間界面特性20
1.4鋰離子電池的表征和測(cè)量方法23
1.5鋰離子電池商業(yè)化與新型鋰離子電池技術(shù)26
1.5.1鋰離子電池商業(yè)化26
1.5.2新型鋰離子電池技術(shù)30
參考文獻(xiàn)36
第2章先進(jìn)正極材料48
2.1典型的鋰離子電池正極材料49
2.1.1LiCoO250
2.1.2LiNiO251
2.1.3鎳鈷錳酸鋰三元材料52
2.1.4LiMn2O454
2.1.5LiFePO456
2.1.6典型正極材料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)57
2.2高能量密度富鋰錳基正極材料58
2.2.1富鋰錳基正極材料的組成與結(jié)構(gòu)58
2.2.2富鋰錳基正極材料的充放電機(jī)制61
2.2.3富鋰錳基正極材料的制備64
2.2.4富鋰錳基正極材料的改性研究65
2.2.5富鋰錳基正極材料的進(jìn)一步發(fā)展70
2.3高電壓尖晶石結(jié)構(gòu)正極材料LiNi0.5Mn1.5O472
2.3.1LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的結(jié)構(gòu)73
2.3.2LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的充放電機(jī)制74
2.3.3LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的制備76
2.3.4LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的改性研究77
2.4聚陰離子類正極材料81
2.4.1橄欖石型磷酸鹽LiMPO4(M=Fe,Mn,Co,Ni)81
2.4.2NASICON型磷酸鹽LixM2(PO4)3(M=V,Ti,Nb)83
2.4.3硅酸鹽Li2MSiO4(M=Fe,Mn)86
2.5有機(jī)正極材料89
2.5.1導(dǎo)電聚合物正極材料90
2.5.2有機(jī)硫化物正極材料90
2.5.3共軛羰基化合物正極材料92
參考文獻(xiàn)95
第3章先進(jìn)負(fù)極材料109
3.1負(fù)極材料概述110
3.2碳基負(fù)極材料111
3.2.1石墨基材料111
3.2.2其他碳基負(fù)極材料116
3.3其他嵌入型負(fù)極材料117
3.3.1尖晶石結(jié)構(gòu)Li4Ti5O12負(fù)極材料118
3.3.2嵌入型Li3VO4材料121
3.4基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的負(fù)極材料125
3.4.1金屬氧化物負(fù)極125
3.4.2金屬硫化物負(fù)極129
3.5合金型負(fù)極材料133
3.5.1Si基負(fù)極材料133
3.5.2Sn基負(fù)極材料137
3.5.3Al基負(fù)極材料138
3.6其他新型負(fù)極材料141
3.6.1具有納米多孔結(jié)構(gòu)的先進(jìn)負(fù)極材料141
3.6.2液態(tài)金屬基負(fù)極材料142
3.7展望145
參考文獻(xiàn)145
第4章鋰離子電池液態(tài)電解液150
4.1傳統(tǒng)鋰鹽——六氟磷酸鋰152
4.1.1LiPF6的熱分解及水解反應(yīng)152
4.1.2PF-6對(duì)電極/電解液界面穩(wěn)定性的影響157
4.2新型鋰鹽的研究161
4.3溶劑165
4.3.1氟化溶劑165
4.3.2砜類溶劑167
4.3.3二腈類溶劑171
4.3.4水溶劑173
4.4小結(jié)177參考文獻(xiàn)177
第5章凝膠聚合物電解質(zhì)、隔膜、黏結(jié)劑184
5.1鋰離子電池凝膠聚合物電解質(zhì)的種類、要求和性能185
5.2鋰離子電池隔膜的種類、要求和性能193
5.3鋰離子電池黏結(jié)劑的種類、要求和性能203
參考文獻(xiàn)213
第6章電極材料電化學(xué)機(jī)制與計(jì)算設(shè)計(jì)227
6.1離子電極材料電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制228
6.2能量密度229
6.2.1電池電壓229
6.2.2比容量231
6.3循環(huán)性能238
6.3.1相變理論238
6.3.2結(jié)構(gòu)搜索和常用的算法240
6.3.3有序結(jié)構(gòu)演化與無(wú)序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)242
6.3.4晶格振動(dòng)譜245
6.3.5相場(chǎng)理論246
6.4倍率性能248
6.4.1遷移勢(shì)壘248
6.4.2分子動(dòng)力學(xué)250
6.4.3離子電導(dǎo)率251
6.5固體電解液中的反應(yīng)和界面253
參考文獻(xiàn)255
第7章無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)259
7.1無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)概述260
7.1.1無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的基礎(chǔ)導(dǎo)電理論260
7.1.2氧化物固態(tài)電解質(zhì)261
7.1.3硫化物固態(tài)電解質(zhì)267
7.2固態(tài)電解質(zhì)與電極的界面性質(zhì)與改性271
7.2.1固態(tài)電解質(zhì)與正極的界面性質(zhì)與改性272
7.2.2固態(tài)電解質(zhì)與負(fù)極的界面性質(zhì)與改性277
7.3全固態(tài)薄膜鋰（離子）電池283
參考文獻(xiàn)285
第8章水系鋰離子電池295
8.1水系鋰離子電池原理及其發(fā)展296
8.1.1水系鋰離子電池基本原理296
8.1.2水系鋰離子電池電極材料選擇297
8.1.3Li 擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)研究300
8.1.4水系鋰離子電池的發(fā)展301
8.2水系鋰離子電池電極材料概述302
8.2.1電極材料設(shè)計(jì)302
8.2.2電極材料容量衰減分析304
8.3水系鋰離子電池負(fù)極材料307
8.3.1釩系化合物307
8.3.2銳鈦礦TiO2317
8.3.3聚陰離子化合物320
8.3.4有機(jī)電極材料326
8.3.5金屬負(fù)極328
8.3.6其他負(fù)極材料331
8.4水系鋰離子電池正極材料331
8.4.1LiMn2O4332
8.4.2LiCoO2342
8.4.3LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2345
8.4.4Na1.16V3O8347
8.4.5LiFePO4347
8.4.6其他聚陰離子化合物352
8.4.7MnO2353
8.4.8普魯士藍(lán)及其衍生物357
8.5水系鋰離子電池電解質(zhì)材料359
8.5.1電化學(xué)窗口359
8.5.2電解液性能影響因素360
8.6高電壓水系電池364
8.6.1電極改性提高電池電壓364
8.6.2高電壓水系鋰離子電池的電解質(zhì)材料364
8.7電池的電化學(xué)性能與界面研究368
8.8集流體370
8.9離子混合電容器370
參考文獻(xiàn)371
第9章柔性鋰離子電池386
9.1柔性鋰離子電池概述387
9.2用于LIB的電極材料389
9.2.1碳納米管390
9.2.2石墨烯393
9.2.3碳布395
9.3用于柔性LIB的電解質(zhì)材料396
9.3.1固體無(wú)機(jī)電解質(zhì)397
9.3.2固體聚合物電解質(zhì)401
9.4電纜/電線型柔性LIB410
9.5透明鋰離子電池413
9.6可拉伸LIB416
9.7總結(jié)及展望418
參考文獻(xiàn)420
第10章鋰離子電池的安全性理論和技術(shù)431
10.1電池的熱失控和短路432
10.1.1鋰離子電池的熱失控432
10.1.2鋰離子電池的短路435
10.2電池的過充安全436
10.3電極材料的安全研究437
10.3.1正極材料437
10.3.2負(fù)極材料439
10.3.3導(dǎo)電劑與黏結(jié)劑442
10.4電解液的安全研究443
10.5隔膜的安全防護(hù)446
10.6電池的安全性能測(cè)試技術(shù)447
10.6.1電池材料分析測(cè)試技術(shù)448
10.6.2電池反應(yīng)機(jī)理測(cè)試技術(shù)450
10.6.3鋰離子電池電化學(xué)性能測(cè)試452
10.6.4鋰離子電池安全性綜合測(cè)試455
10.6.5鋰離子電池安全性測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)457
參考文獻(xiàn)459
第11章動(dòng)力和儲(chǔ)能鋰離子電池的應(yīng)用462
11.1鋰離子電池概述463
11.2民用動(dòng)力鋰離子電池465
11.2.1動(dòng)力鋰離子電池在電動(dòng)自行車中的應(yīng)用465
11.2.2動(dòng)力鋰離子電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用466
11.3航空航天用動(dòng)力鋰離子電池477
11.3.1動(dòng)力鋰離子電池在航空方面的應(yīng)用477
11.3.2動(dòng)力鋰離子電池在航天方面的應(yīng)用479
11.4國(guó)防軍事用動(dòng)力鋰離子電池480
11.4.1陸軍裝備480
11.4.2海軍裝備481
11.4.3空軍裝備483
11.5民用儲(chǔ)能鋰離子電池483
11.5.1儲(chǔ)能鋰離子電池在太陽(yáng)能路燈中的應(yīng)用484
11.5.2儲(chǔ)能鋰離子電池在家庭儲(chǔ)能中的應(yīng)用484
11.5.3儲(chǔ)能鋰離子電池在儲(chǔ)能電站中的應(yīng)用485
11.6航空航天用儲(chǔ)能鋰離子電池487
11.6.1儲(chǔ)能鋰離子電池在航空方面的應(yīng)用487
11.6.2儲(chǔ)能鋰離子電池在航天方面的應(yīng)用487
11.7國(guó)防軍事用儲(chǔ)能鋰離子電池490
參考文獻(xiàn)491
索引493