鋰二次電池原理、關鍵材料及應用（簡體書）

隨著國家對能源產業布局的調整，新能源汽車逐漸受到國家的重視。電動汽車的普及需要擁有高容量的儲能裝置，鋰離子電池是目前電動汽車用動力電池的首選。隨著電動汽車續航裡程需求的增加，高比能量、高可靠性鋰離子電池已經成為未來發展的重要方向，對於鋰離子電池相關材料的要求也越來越高。
鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、電解液（質）和隔膜等部分組成，其性能主要取決於電池內部材料的結構和性能。為了提高鋰離子電池的比能量，開發高比容量的電極材料非常關鍵。隨著鋰離子電池比容量的提升，電池的安全隱患也越來越得到重視，具有高耐熱、高強度的新體系隔膜技術及固體電解質材料的開發顯得非常重要。因此，對於高性能材料的研究一直是鋰離子電池行業發展的重點。此外，受制於鋰離子電池的理論容量，為了進一步提高電池的比能量，新型鋰二次電池，一般為鋰硫電池、鋰空氣（氧氣）電池，將成為下一代鋰二次電池重要的發展和研究方向。
本書綜合了近年來鋰離子二次電池（鋰離子電池、鋰空氣電池和鋰硫電池）領域的更新理論和技術發展現狀，並結合了編著者多年來在高性能、高可靠性鋰二次電池關鍵材料的構筑、界面改性及工程化應用方面的研究成果。全書內容主要如下：第1～5章分別介紹了鋰離子電池的原理，鋰離子電池的正極、負極、電解質、隔膜等關鍵材料，以及鋰離子電池測試技術的基本原理和研究進展，特別是納米技術和原位測試方法在高性能、高可靠性鋰離子電池機理表征方面的研究現狀；第6章、第7章分別介紹了鋰硫電池、鋰空氣（氧氣）電池，包括這兩種新型鋰二次電池的基本原理、正極材料、電解質和隔膜的研究進展情況；第8章、第9章全面闡述了近年來鋰離子電池生產技術，以及在新能源汽車、軍事領域、儲能及其他方面的應用。本書在編著時，既重視鋰離子電池的理論性研究，又注重鋰離子電池的實踐性技術與應用，還對未來新型高性能鋰二次電池的發展方向進行了展望，具有一定的理論創新，還具有較強的實用和指導價值。本書可以作為從事電池及鋰離子電池研究、生產、使用的廣大科技人員、工程技術人員的參考書和工具書，同時也可作為各類高等院校電化學及新能源材料專業師生的教學參考書。
本書由北京理工大學、哈爾濱工業大學多位教師共同編著完成。編著者所在單位已有幾十年從事電化學與化學電源方面教學、科研的豐富經驗，具有產、學、研密切結合的優良傳統，根據大量實踐經驗、自身成果編寫了本書。其中，北京理工大學孫克寧教授編寫了第一章和第九章，孫旺編寫了第二章，樊鋮編寫了第三章，喬金碩編寫了第四章，王振華編寫了第五章；哈爾濱工業大學的範立雙編寫了第六章，趙光宇編寫了第七章，張乃慶編寫了第八章。全書籌劃以及統稿工作由北京理工大學孫克寧教授完成。
鑒於鋰離子二次電池技術涉及面廣，目前正處於蓬勃發展之中，由於編著者水平有限，書中難免有疏漏和不妥之處，敬請專家和廣大讀者批評指正。

編著者
2021年3月

第一章 緒論 001
第一節 可再生能源的能量存儲和利用 002
第二節 早期的金屬鋰電池研究 002
第三節 鋰離子電池體系的形成 004
第四節 鋰離子電池的發展 005
一、鋰離子電池正極材料 006
二、鋰離子電池負極材料 009
三、金屬鋰負極 010
四、鋰離子電池隔膜 012
五、鋰離子電池液體電解質 014
六、鋰離子電池表征技術 015
七、儲能電池新體系與技術展望 016
八、鋰離子電池的應用 018
參考文獻 019

第二章 鋰離子電池正極材料 023
第一節 層狀化合物 026
一、鈷酸鋰層狀材料 027
二、鎳酸鋰層狀材料 030
三、NCA層狀材料 035
四、三元層狀材料 036
五、富鋰層狀材料 041
六、Li1+xV3O8層狀材料 048
第二節 尖晶石化合物 054
一、尖晶石LiMn2O4 054
二、尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4高壓正極材料 057
第三節 聚陰離子型LiFePO4化合物 063
第四節 釩氧化物正極材料 067
第五節 氟化物 070
參考文獻 078

第三章 鋰離子電池負極材料 085
第一節 概述 086
第二節 金屬鋰負極 087
一、鋰枝晶的成核模型 088
二、鋰枝晶的成核機制與成核時間 096
三、抑制鋰枝晶的策略 099
第三節 嵌鋰型負極 100
一、碳基材料 101
二、過渡金屬氮化物 108
第四節 鋰合金負極 109
一、硅基合金負極 110
二、錫基合金負極 115
三、銻基合金負極 117
四、合金材料的制備方法 117
第五節 轉換反應負極 119
一、轉換反應負極的儲鋰機制 120
二、轉換反應負極的類型 122
參考文獻 127

第四章 鋰離子電池電解質 133
第一節 液體電解質 134
一、液體電解質概述 134
二、有機液體電解質 135
三、離子液體電解質 154
四、液體電解質的問題及發展趨勢 165
第二節 聚合物電解質 166
一、聚合物電解質的類型及性質 167
二、聚合物電解質的制備 177
三、聚合物電解質的發展趨勢 179
第三節 無機固體電解質 181
一、鈣鈦礦型 182
二、NASICON型 183
三、LISICON型 183
四、層狀Li3N型 184
五、氧化物玻璃電解質 184
六、硫化物玻璃電解質 185
七、Garnet型鋰離子固態電解質 185
參考文獻 187

第五章 鋰離子電池隔膜 192
第一節 鋰離子電池隔膜概述 193
第二節 聚烯烴隔膜 196
第三節 復合隔膜 200
一、無機塗層 200
二、聚合物塗層 202
三、有機/無機復合塗層 204
四、原位復合 205
第四節 新體系隔膜 209
一、聚對苯二甲酸乙二酯 210
二、聚酰亞胺 210
三、間位芳綸 212
四、聚對亞苯基苯並二唑 213
五、纖維素隔膜 214
第五節 鋰離子電池隔膜發展趨勢 216
參考文獻 216

第六章 鋰硫電池 219
第一節 鋰硫電池概述 220
一、鋰硫電池的電化學工作原理 220
二、鋰硫電池存在的問題 221
第二節 鋰硫電池正極材料 222
一、多孔碳 222
二、非碳正極材料 231
第三節 鋰硫電池功能性中間層及改性隔膜 242
第四節 鋰硫電池電解質 248
第五節 鋰硫電池的發展趨勢 250
參考文獻 250

第七章 鋰空氣（氧氣）電池 258
第一節 概述 259
一、鋰氧氣電池體系 260
二、鋰氧氣電池循環機理 262
第二節 鋰氧氣電池正極材料 264
一、正極材料的研究進展 264
二、高穩定性自支撐鋰氧氣電池正極 272
第三節 鋰氧氣電池電解質 278
一、鋰氧氣電池液體電解質有機溶劑 278
二、鋰氧氣電池液體電解質鋰鹽 281
三、鋰氧氣電池液體電解質添加劑 281
參考文獻 283

第八章 鋰離子電池生產技術 289
第一節 鋰離子電池結構及設計 290
一、鋰離子電池的結構 290
二、鋰離子電池的設計 293
三、鋰離子電池的安全性 297
第二節 鋰離子電池生產工藝 300
一、圓柱鋰離子電池的生產流程 302
二、軟包鋰離子電池的生產流程 308
三、方形鋁殼鋰離子電池的生產流程 310
參考文獻 311

第九章 鋰離子電池的應用 312
第一節 鋰離子電池在新能源汽車中的應用 313
一、新能源汽車概述 313
二、鋰離子電池在純電動汽車中的應用 315
三、鋰離子電池在混合動力汽車中的應用 317
第二節 鋰離子電池在軍事領域的應用 319
一、在陸軍裝備中的應用 320
二、在海軍裝備中的應用 321
三、在航空領域中的應用 322
四、在航天領域中的應用 323
第三節 鋰離子電池在儲能及其他方面的應用 324
一、鋰離子電池在儲能方面的應用 324
二、動力鋰離子電池的梯次利用 325
三、鋰離子電池在電子產品方面的應用 327
四、鋰離子電池在其他方面的應用 327
參考文獻 328

索引 329