《锂离子电池材料与设计》是新能源锂电产业/专业卓越工程师培养系列教材之一。全书共8章,包括锂离子电池材料基础、锂离子电池正极材料、锂离子电池负极材料、锂离子电池电解液、锂离子电池隔膜与辅助材料、固态电解质、锂离子电池材料的测试表征、锂离子电池的设计。本书既对传统的正极、负极、电解液和隔膜四大主材的发展过程、经典材料结构、制备方式、物理化学及电化学性质、改性手段,及其未来发展趋势进行了重点阐述,也对固态电池等新型电池材料及发展进行了介绍,同时还介绍了锂离子电池材料的分析表征手段,以及细述了锂离子电池的设计和测试方法。
本书既可供高等院校储能科学与工程、应用化学、能源与动力工程、材料科学与工程、机械工程等相关专业本科生和研究生作为专业课或选修课教材使用,也可用作从事锂离子电池领域的科研工作人员和工程技术人员的参考书和培训用书。
第1章 锂离子电池材料基础? /?1
1.1?锂离子电池 1
1.1.1 工作原理 4
1.1.2 锂离子电池的特点 6
1.1.3 锂离子电池的特性参数 7
1.2?锂离子电池材料 13
1.2.1 正极材料 13
1.2.2 负极材料 14
1.2.3 电解液 16
1.2.4 隔膜 18
习题 19
第2章 锂离子电池正极材料? /?20
2.1?正极材料的发展简史与性能要求 20
2.1.1 正极材料的发展简史 20
2.1.2 正极材料的性能要求 21
2.2?典型的正极材料 21
2.2.1 钴酸锂 22
2.2.2 镍酸锂 32
2.2.3 锰酸锂 36
2.2.4 磷酸铁锂 42
2.2.5 镍钴锰酸锂三元材料 49
2.3?其他正极材料 54
2.3.1 α-V2O5 54
2.3.2 Li1+xV3O8 57
2.4?正极材料发展的趋势 59
2.4.1 正极材料的近期发展方向 59
2.4.2 正极材料的未来发展方向 61
习题 63
第3章 锂离子电池负极材料? /?64
3.1?负极材料发展简史与性能要求 64
3.1.1 负极材料的发展简史 64
3.1.2 负极材料的性能要求 65
3.2?碳负极材料 66
3.2.1 碳材料的分类 66
3.2.2 碳材料的制备 67
3.2.3 碳材料的结构与性质 68
3.2.4 石墨负极材料 72
3.2.5 无定形碳材料 76
3.3?非碳负极材料 78
3.3.1 硅基负极材料 78
3.3.2 钛酸锂 81
3.3.3 锂金属 82
3.4?负极材料发展趋势 83
习题 84
第4章 锂离子电池电解液? /?85
4.1?锂离子电池电解液的基本要求与组成 85
4.1.1 锂离子电池电解液的基本?要求 85
4.1.2 锂离子电池电解液的组成 86
4.2?有机溶剂 87
4.2.1 碳酸酯类有机溶剂 89
4.2.2 羧酸酯类有机溶剂 90
4.2.3 醚类有机溶剂 91
4.2.4 含硫有机溶剂 92
4.3?电解质锂盐 93
4.3.1 高氯酸锂 94
4.3.2 六氟砷酸锂 94
4.3.3 四氟硼酸锂 94
4.3.4 六氟磷酸锂 94
4.3.5 三氟甲磺酸锂 95
4.3.6 双三氟甲基磺酰亚胺锂 96
4.3.7 双草酸硼酸锂 96
4.3.8 草酸二氟硼酸锂 97
4.3.9 双氟磺酰亚胺锂 97
4.3.10 二氟磷酸锂 98
4.4?添加剂 98
4.4.1 负极成膜添加剂 98
4.4.2 防过充添加剂 100
4.4.3 阻燃添加剂 101
4.4.4 锂盐稳定剂 102
4.4.5 其他功能添加剂 102
4.5?电解液的性质 103
4.5.1 电解液的黏度和介电? 常数 103
4.5.2 电解液电导率 104
4.5.3 电解液的热稳定性 106
4.5.4 电解液溶剂的反应 108
习题 109
第5章 锂离子电池隔膜与辅助材料? /?110
5.1?隔膜 110
5.1.1 隔膜的性能要求 110
5.1.2 隔膜的种类 115
5.1.3 隔膜的制备工艺 118
5.1.4 隔膜应用展望 119
5.2?其他辅助材料 120
5.2.1 黏结剂 120
5.2.2 导电剂 124
习题 125
第6章 固态电解质? /?126
6.1?概述 126
6.1.1 固态电解质的定义 126
6.1.2 固态电解质的发展简史 127
6.1.3 全固态电池的优势 127
6.1.4 固态电解质的研究方向 128
6.2?全固态电池结构及工作原理 129
6.3?锂离子电池固态电解质分类 130
6.3.1 无机固态电解质 131
6.3.2 有机聚合物电解质 140
6.3.3 有机-无机复合电解质 142
6.4?固态电解质的发展趋势 142
习题 143
第7章 锂离子电池材料的测试表征? /?144
7.1?锂离子电池材料的成分分析 144
7.1.1 原子吸收光谱分析 144
7.1.2 X射线光电子能谱分析 146
7.1.3 X射线荧光光谱分析 147
7.1.4 化学滴定分析 148
7.2?锂离子电池材料的结构分析 150
7.2.1 傅里叶变换红外光谱? 分析 150
7.2.2 拉曼光谱分析 152
7.2.3 核磁共振法 153
7.2.4 质谱法 155
7.2.5 X射线衍射法 156
7.2.6 比表面积分析 157
7.2.7 粒度分析 158
7.3?材料的形貌表征 159
7.3.1 扫描电子显微镜 159
7.3.2 透射电子显微镜 160
7.3.3 原子力显微镜 161
7.4?锂离子电池材料的热性能分析 163
7.4.1 热重分析法 163
7.4.2 差示扫描量热分析法 163
7.5?锂离子电池材料的电化学性能测试 164
7.5.1 循环伏安法 164
7.5.2 交流阻抗法 166
7.6?原位表征技术 168
7.6.1 原位X射线衍射技术 168
7.6.2 原位透射电子显微镜?观测技术 169
第8章 锂离子电池的设计? /?171
8.1?锂离子电池类型 171
8.2?锂离子电池设计过程 173
8.2.1 锂离子电池设计遵循的?原则 173
8.2.2 锂离子电池常规设计步骤 173
8.2.3 聚合物卷绕电芯设计案例 176
8.3?锂离子电池性能测试 180
8.3.1 电性能 180
8.3.2 环境适应性 183
8.3.3 安全性能 186
参考文献? /?188