鋰離子電池原理與關鍵技術 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　本書是《化學電源技術叢書》的一個分冊。書中介紹瞭鋰元素的物理化學性質；鋰離子電池的基本概念與組裝技術；正極材料的微觀組成與電化學性能；負極材料、電解液、電極材料的研究方法以及鋰離子電池的應用與展望。本書匯集瞭國內外研究者的最新科技成果與相關技術，體現瞭鋰離子電池當今發展和研究的趨勢，是化學、物理、材料等學科的基礎理論研究與應用技術的前沿集成反映。
　　本書適閤於高等學校、科研院所、相關企業從事化學電源研發的科研人員、管理工作者和生産技術人員等，同時可作為相關專業的師生學習參考用書。

內頁插圖

目錄

第1章　鋰元素的物理、化學性質
參考文獻

第2章　鋰離子電池的基本概念與組裝技術
2.1　鋰離子電池的工作原理和特點
2.1.1　工作原理
2.1.2　鋰離子電池的主要特點

2.2　鋰離子電池的電化學性能
2.2.1　鋰離子電池的電動勢
2.2.2　電池開路電壓
2.3　鋰離子電池的類型

2.4　鋰離子電池的設計
2.4.1　電池設計的一般程序
2.4.2　電池設計的要求
2.4.3　電池性能設計
2.4.4　AA型鋰離子電池的結構設計
2.4.5　電池保護電路設計
2.4.6　鋰離子電池監控器
2.4.7　鋰離子電池體係熱變化與控製

2.5　鋰離子電池的基本組成及關鍵材料
2.5.1　電極材料
2.5.2　電池組裝工藝與技術
參考文獻

第3章　正極材料
3.1　正極材料的微觀結構
3.1.1　LiCoO2材料
3.1.2　LiNiO2材料
3.1.3　LiMn2O4材料
3.1.4　磷酸體係化閤物

3.2　正極材料的分類及電化學性能
3.2.1　層狀鋰鈷氧化物
3.2.2　層狀鋰鎳氧化物
3.2.3　尖晶石型氧化物
3.2.4　復閤層狀氧化物
3.2.5　其他層狀氧化物
3.2.6　層狀二硫族化物正極材料
3.2.7　三硫族化物及相關材料
3.2.8　磷酸鹽體係
3.2.9　有機導電聚閤物材料

3.3　正極材料的製備方法
3.3.1　溶劑熱法閤成
3.3.2　高溫反應法
3.3.3　溶膠-凝膠法
3.3.4　低溫固相反應法
3.3.5　電化學閤成法
3.3.6　機械化學活化法
參考文獻

第4章　負極材料
4.1　負極材料的發展
4.1.1　金屬鋰及其閤金
4.1.2　碳材料
4.1.3　氧化物負極材料
4.1.4　其他負極材料
4.1.5　復閤負極材料

4.2　負極材料的特點及分類
4.2.1　負極材料的特點
4.2.2　負極材料的分類

4.3　晶體材料和非晶化閤物
4.3.1　石墨類碳材料
4.3.2　無定形碳材料
4.3.3　碳材料性能的改進方法
4.3.4　锡基材料
4.3.5　矽基材料
4.3.6　閤金材料
4.3.7　復閤物材料
4.3.8　過渡金屬氧化物
4.3.9　其他

4.4　納米電極材料
4.4.1　碳納米材料
4.4.2　納米金屬及納米閤金
4.4.3　納米氧化物

4.5　其他類型材料
4.5.1　鋰金屬氮化物
4.5.2　鋰鈦復閤氧化物Li4/3Ti5/3O4

4.6　膜電極材料
4.6.1　薄膜電極材料的製備方法
4.6.2　薄膜電極材料的分類
參考文獻
第5章　電解質
第6章　電極材料研究方法
第7章　鋰離子電池的應用與展望
參考文獻

前言/序言

固態電池：下一代儲能技術的深度解析 本書聚焦於當前能源領域最前沿、最具顛覆性的技術方嚮——固態電池。 隨著全球對可持續能源解決方案的迫切需求，傳統液態電解質鋰離子電池在能量密度、安全性及循環壽命方麵已接近其理論極限。固態電池，憑藉其使用固態電解質替代傳統有機電解液的革命性設計，被公認為實現更高能量密度、本質安全以及更長使用壽命的關鍵路徑。本書旨在為材料科學傢、電化學工程師、能源設備製造商以及相關領域的研究人員提供一個全麵、深入且高度實用的技術指南。 第一部分：固態電池的理論基石與材料科學 本部分將係統闡述固態電池的基本工作原理，並詳細剖析構成其核心性能的關鍵材料體係。 第一章：固態電池的原理與優勢 1.1 鋰離子電池的局限性迴顧：從熱失控風險到能量密度瓶頸。 1.2 固態電池的定義、基本結構（正極/固態電解質/負極）與工作機製。 1.3 固態電池相較於液態電池在安全性（熱穩定性、抑製枝晶）、能量密度（兼容高電壓正極與金屬鋰負極）和循環壽命方麵的理論優勢分析。 1.4 固態電池的分類：聚閤物基、氧化物基、硫化物基等不同體係的概述。 第二章：高性能固態電解質的篩選與設計 固態電解質是決定固態電池性能的“心髒”。本章將深入探討當前主流固態電解質的化學特性、離子傳導機製及其麵臨的工程挑戰。 2.1 無機固態電解質： 氧化物電解質（如LLZO、LAGP）： 晶體結構、局域結構與鋰離子跳躍機製。高離子電導率的實現路徑，燒結工藝對界麵接觸的影響。 硫化物電解質（如LGPS、argyrodite係列）： 極高的鋰離子遷移率及其製備中的空氣敏感性控製。與電極的界麵反應動力學研究。 2.2 聚閤物固態電解質（SSEs）： 基於聚氧化乙烯（PEO）的體係： 離子傳導依賴於聚閤物鏈段運動的機製。提高室溫離子電導率的策略（如添加鋰鹽、共聚改性）。 復閤型聚閤物電解質： 引入無機納米填料（如SiO2、Al2O3）以提高機械強度和抑製鋰枝晶生長的協同效應。 2.3 混閤固態電解質： 結閤無機材料的穩定性和聚閤物的柔韌性，實現界麵優化。 第三章：正極與負極材料的界麵適配性 固態電池的性能高度依賴於電解質與電極材料之間的接觸質量與化學穩定性。 3.1 高電壓正極材料的選擇與兼容性： 傳統富鋰錳基材料在固態環境下的電壓穩定性窗口分析。 固態電解質與高電壓鎳鈷錳（NCM）材料的電化學兼容性問題（如相變、阻抗增加）。 3.2 金屬鋰負極的挑戰與界麵工程： 鋰金屬負極的析鋰/脫鋰行為與枝晶生長機製的微觀模擬。 界麵穩定化技術：使用阻擋層（Buffer Layer）或原位形成界麵相（SEI-like layer）以抑製界麵反應和機械應力導緻的失效。 3.3 電極/電解質界麵的電化學阻抗分析： 界麵接觸電阻的測試方法（EIS）與降低策略。 第二部分：關鍵工程技術與製造工藝 實現固態電池的商業化，必須突破一係列製造和工程化瓶頸。本部分聚焦於固態電池的關鍵製造技術。 第四章：電極漿料製備與電極結構設計 固態電池的電極結構設計與液態電池截然不同，需要優化固-固接觸。 4.1 “三明治”結構與“復閤電極”結構： 兩種主流電極構型的優缺點對比。 4.2 固態電極漿料的製備技術： 溶劑法、熔融法和乾法工藝在不同電解質體係中的應用。關鍵在於均勻分散導電劑、活性物質與電解質。 4.3 電極的壓實與界麵應力控製： 如何通過精確的壓製壓力，在保證機械穩定性的同時，優化顆粒間的接觸麵積。 第五章：全電池的組裝與封裝技術 固態電池對環境的敏感性要求極高的組裝工藝控製。 5.1 濕度與氧氣控製： 硫化物電解質對水汽的極端敏感性，高標準惰性氣體環境下的操作要求。 5.2 軟包與疊片工藝： 針對固態電芯的特殊疊片/捲繞工藝設計，考慮材料的脆性與蠕變特性。 5.3 密封技術： 解決固態電解質在充放電循環中的體積變化所帶來的密封失效問題，確保電池長期氣密性。 第六章：固態電池的性能評估與診斷 準確評估固態電池的真實性能需要專門的測試方法和分析工具。 6.1 電化學性能測試： 循環穩定性、倍率性能與低溫性能的測試規範。 6.2 原位（In-situ）與非破壞性錶徵技術： 利用X射綫衍射（XRD）和中子衍射（ND）監測晶相變化和鋰離子分布。 電池層析成像（Tomography）技術在可視化枝晶生長和界麵缺陷方麵的應用。 6.3 失效分析： 固態電池壽命終結的主要模式（界麵阻抗升高、活性物質粉化、枝晶穿透等）的係統性診斷。 第三部分：前沿挑戰與未來展望 第七章：金屬鋰負極固態電池的商業化之路 金屬鋰負極是實現超高能量密度的必然選擇，但其工程化難度最大。 7.1 鋰枝晶的抑製機製： 基於電化學勢場調控和機械應力屏障的綜閤策略。 7.2 高壓/高容量體係的熱管理： 盡管固態電池更安全，但高能量密度依然需要精確的熱管理係統（TMS）設計。 7.3 成本控製與規模化生産的經濟模型分析。 第八章：下一代固態電池的探索 展望固態電池技術更遠期的發展方嚮。 8.1 全固態鈉離子電池的潛力： 資源可得性與低成本化路綫的探討。 8.2 氧化還原穿梭效應的消除： 探索具有更寬電化學穩定窗口的新型電解質。 8.3 集成化與係統設計： 固態電池模組（Pack）的創新設計，以最大化能量密度並簡化熱管理結構。 本書立足於紮實的電化學理論，結閤最新的實驗數據和工程實踐，旨在提供一個全麵且深入的視角，驅動固態電池技術從實驗室走嚮大規模商業應用。