先進鋰離子電池：材料創(chuàng)新與安全調控

第1章鋰離子電池概述1
1.121世紀的鋰離子電池產業(yè)技術2
1.2鋰離子電池的理論基礎和科學問題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鋰離子電池的基礎科學問題12
1.3鋰離子電池的關鍵材料和界面特性16
1.3.1鋰離子電池的關鍵材料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30
參考文獻36
第2章先進正極材料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發(fā)展趨勢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構58
2.2.2富鋰錳基正極材料的充放電機制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一步發(fā)展70
2.3高電壓尖晶石結構正極材料LiNi0.5Mn1.5O472
2.3.1LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的結構73
2.3.2LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的充放電機制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有機正極材料89
2.5.1導電聚合物正極材料90
2.5.2有機硫化物正極材料90
2.5.3共軛羰基化合物正極材料92
參考文獻95
第3章先進負極材料109
3.1負極材料概述110
3.2碳基負極材料111
3.2.1石墨基材料111
3.2.2其他碳基負極材料116
3.3其他嵌入型負極材料117
3.3.1尖晶石結構Li4Ti5O12負極材料118
3.3.2嵌入型Li3VO4材料121
3.4基于轉化反應的負極材料125
3.4.1金屬氧化物負極125
3.4.2金屬硫化物負極129
3.5合金型負極材料133
3.5.1Si基負極材料133
3.5.2Sn基負極材料137
3.5.3Al基負極材料138
3.6其他新型負極材料141
3.6.1具有納米多孔結構的先進負極材料141
3.6.2液態(tài)金屬基負極材料142
3.7展望145
參考文獻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152
4.1.2PF-6對電極/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177參考文獻177
第5章凝膠聚合物電解質、隔膜、黏結劑184
5.1鋰離子電池凝膠聚合物電解質的種類、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鋰離子電池黏結劑的種類、要求和性能203
參考文獻213
第6章電極材料電化學機制與計算設計227
6.1離子電極材料電化學反應機制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結構搜索和常用的算法240
6.3.3有序結構演化與無序結構設計242
6.3.4晶格振動譜245
6.3.5相場理論246
6.4倍率性能248
6.4.1遷移勢壘248
6.4.2分子動力學250
6.4.3離子電導率251
6.5固體電解液中的反應和界面253
參考文獻255
第7章無機固態(tài)電解質259
7.1無機固態(tài)電解質概述260
7.1.1無機固態(tài)電解質的基礎導電理論260
7.1.2氧化物固態(tài)電解質261
7.1.3硫化物固態(tài)電解質267
7.2固態(tài)電解質與電極的界面性質與改性271
7.2.1固態(tài)電解質與正極的界面性質與改性272
7.2.2固態(tài)電解質與負極的界面性質與改性277
7.3全固態(tài)薄膜鋰（離子）電池283
參考文獻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 擴散動力學研究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電極材料設計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有機電極材料326
8.3.5金屬負極328
8.3.6其他負極材料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普魯士藍及其衍生物357
8.5水系鋰離子電池電解質材料359
8.5.1電化學窗口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材料364
8.7電池的電化學性能與界面研究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的電解質材料396
9.3.1固體無機電解質397
9.3.2固體聚合物電解質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總結及展望418
參考文獻420
第10章鋰離子電池的安全性理論和技術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負極材料439
10.3.3導電劑與黏結劑442
10.4電解液的安全研究443
10.5隔膜的安全防護446
10.6電池的安全性能測試技術447
10.6.1電池材料分析測試技術448
10.6.2電池反應機理測試技術450
10.6.3鋰離子電池電化學性能測試452
10.6.4鋰離子電池安全性綜合測試455
10.6.5鋰離子電池安全性測試的相關標準457
參考文獻459
第11章動力和儲能鋰離子電池的應用462
11.1鋰離子電池概述463
11.2民用動力鋰離子電池465
11.2.1動力鋰離子電池在電動自行車中的應用465
11.2.2動力鋰離子電池在電動汽車中的應用466
11.3航空航天用動力鋰離子電池477
11.3.1動力鋰離子電池在航空方面的應用477
11.3.2動力鋰離子電池在航天方面的應用479
11.4國防軍事用動力鋰離子電池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民用儲能鋰離子電池483
11.5.1儲能鋰離子電池在太陽能路燈中的應用484
11.5.2儲能鋰離子電池在家庭儲能中的應用484
11.5.3儲能鋰離子電池在儲能電站中的應用485
11.6航空航天用儲能鋰離子電池487
11.6.1儲能鋰離子電池在航空方面的應用487
11.6.2儲能鋰離子電池在航天方面的應用487
11.7國防軍事用儲能鋰離子電池490
參考文獻491
索引493