锂离子电池材料解析锂离子 电池 有机 正极 负极 电解质 隔膜 粘结 材料 氧化 钴锂 镍锂 锰锂 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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徐国栋 著

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出版社： 机械工业

ISBN：9787111591016

商品编码：27523380234

包装：平装

商品名称：	锂离子电池材料解析
作者：	徐国栋
市场价：	79.90
ISBN号：	9787111591016
版次：	1-1
出版日期：
页数：	244
字数：	299
出版社：	机械工业出版社

本书主要介绍了锂离子电池的基本原理，正极材料（氧化钴锂，氧化镍锂，氧化锰锂，磷酸亚铁锂，三元材料，钒氧化物，有机正极和硫正极）、负极材料（碳材料，合金材料和金属锂）、电解质（液体电解质，固体聚合物电解质，凝胶聚合物电解质，复合聚合物电解质，单离子聚合物电解质以及无机陶瓷电解质）和隔膜与粘结剂材料。其中在负极材料和电解质部分穿插了部分关于电极与电解质界面稳定性的内容。全书主要基于正极，负极和电解质三个方面的国内外的新研究成果，特别是热点内容，思路清晰明了，易于阅读。

前言
1 章 锂电池概论 1
1.1 概述 1
1.2 锂电池发展简介 1
1.3 锂离子电池的基本构成 2
1.4 表征电池性能的重要参数 3
1.4.1 电池的电动势（E） 3
1.4.2 电池的理论容量（Q） 4
1.4.3 电池的能量 4
1.4.4 电池的功率 5
1.4.5 库仑效率（电流效率） 5
1.4.6 电池的寿命以及自放电与储存性能 5
2 章 正极材料 6
2.1 层状结构正极（LiMO2） 6
2.1.1 LiCoO2 7
2.1.2 LiNiO2 13
2.1.3 LiMnO2 18
2.1.4 其他层状金属氧化物 23
2.2 尖晶石结构正极（LiM2O4） 23
2.2.1 LiMn2O4 24
2.2.2 其他尖晶石结构的氧化物正极 31
2.3 基于多聚阴离子的正极 31
2.4 橄榄石结构的正极（LiMPO4） 32
2.4.1 LiFePO4 33
2.4.2 LiMnPO4 和LiCoPO4 35
2.5 三元复合正极电极材料 36
2.6 钒氧化物正极 40
2.6.1 α-V2O5 40
2.6.2 Li1+xV3O8 44
2.7 有机正极材料 45
2.7.1 共轭羰基化合物 46
2.7.2 自由基聚合物 50
2.7.3 导电聚合物 52
2.7.4 有机硫正极 53
2.8 无机硫正极 55
2.8.1 单质硫的氧化还原反应机理 55
2.8.2 碳/硫复合电极 56
2.8.3 硫/导电聚合物复合材料 61
2.8.4 硫/金属氧化物或金属硫化物复合材料 62
2.8.5 多硫化物正极 64
3 章 负极材料 66
3.1 插层类化合物 68
3.1.1 碳材料 68
3.1.2 二氧化钛 76
3.2 合金类材料 77
3.2.1 Si 78
3.2.2 SiO 79
3.2.3 Ge 81
3.2.4 SnO2 82
3.3 转换型材料 84
3.3.1 FeOx 84
3.3.2 CoOx 85
3.3.3 ZnO 86
3.3.4 MPx 87
3.3.5 MSx 和MNx 89
3.4 金属锂 90
3.4.1 锂枝晶的形成与生长 90
3.4.2 原位形成稳定的SEI 层 94
3.4.3 非原位表面包覆 98
4 章 液体电解质 107
4.1 液体电解质简介 108
4.2 溶剂 108
4.2.1 碳酸丙二酯（PC） 110
4.2.2 醚类电解质 111
4.2.3 碳酸乙二酯（EC） 111
VII
目 录
4.2.4 线性碳酸酯 112
4.3 锂盐 113
4.3.1 LiClO4 114
4.3.2 LiAsF6 115
4.3.3 LiBF4 115
4.3.4 LiTf 116
4.3.5 LiIm 117
4.3.6 LiPF6 118
4.4 电解液的液态范围 120
4.5 离子传导特性 123
4.6 电解质在惰性电极表面的电化学稳定性 128
4.6.1 锂盐阴离子稳定性 129
4.6.2 溶剂的稳定性 130
4.7 电解质在活性电极表面的电化学稳定性 131
4.7.1 锂负极的钝化 131
4.7.2 碳负极的钝化 134

现代材料科学前沿：聚焦高性能电池技术 引言 能源的获取与储存，是驱动人类社会进步的关键。在众多储能技术中，锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命和环保特性，已成为当前乃至未来一段时间内最具潜力的电化学储能技术。从智能手机、笔记本电脑到电动汽车、电网储能，锂离子电池的身影无处不在，深刻地改变着我们的生活方式。然而，随着科技的飞速发展和应用需求的不断提升，我们对电池的能量密度、功率密度、安全性以及成本提出了更高的要求。这促使着科学家和工程师们不断深入研究锂离子电池的每一个核心组成部分，探索更优异的材料体系，以期突破现有技术的瓶颈，迈向更高性能、更安全、更经济的新一代电池。 本书旨在提供一个全面、深入的视角，聚焦于现代材料科学在高性能锂离子电池技术发展中的关键作用。我们将系统地解析构成锂离子电池的各个核心材料体系，并探讨它们在提升电池整体性能方面的潜力和挑战。本书将跳脱出仅针对单一材料的浅层介绍，而是着重于不同材料之间的相互作用、协同效应，以及它们如何共同塑造电池的电化学行为和实际应用表现。 正极材料：能量密度的擎天之柱 作为锂离子电池的核心组件之一，正极材料的性能直接决定了电池的能量密度和功率输出能力。正极材料的工作原理是，在充放电过程中，锂离子嵌入或脱出其晶体结构，从而实现电荷的转移。本书将深入剖析当下主流及前沿的正极材料体系，包括但不限于： 层状氧化物（Layered Oxides）： 钴酸锂（LiCoO₂）： 作为最早商业化应用的正极材料，其结构稳定性和较好的能量密度使其在消费电子领域占据重要地位。我们将探讨其制备工艺、结构演变以及限制其进一步发展的因素，例如钴资源的稀缺性和成本问题，以及在高温循环下的结构稳定性挑战。 镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA）： 这类材料通过引入镍、锰、铝等元素，有效提升了材料的能量密度和循环寿命，是目前电动汽车领域的主流选择。我们将详细介绍不同镍、钴、锰、铝比例对材料电化学性能的影响，例如高镍NCM/NCA如何实现更高的能量密度，以及如何通过表面改性、包覆等手段来提高其高温性能和循环稳定性，克服镍含量过高带来的结构不稳定和安全隐患。 富锂锰基（Li-rich Mn-based）材料： 这是一类极具潜力的下一代正极材料，理论能量密度远高于传统材料。我们将深入研究其独特的“氧络合物”储锂机制，剖析其存在的电压衰减、容量衰减等问题，并探讨如何通过结构设计、掺杂改性、纳米化等策略来解决这些挑战，充分释放其高能量密度优势。 聚阴离子化合物（Poly Anion Compounds）： 磷酸铁锂（LiFePO₄）： 以其优异的安全性、长寿命和较低的成本，在动力电池和储能领域获得了广泛应用。本书将阐述其橄榄石结构如何赋予其极佳的热稳定性，以及其固态扩散受限的特性如何通过掺杂（如碳包覆）来显著改善。 磷酸锰锂（LiMnPO₄）和磷酸钒锂（Li₃V₂(PO₄)₃）： 这些材料在保持磷酸盐骨架优势的同时，通过引入锰和钒元素，进一步提升了材料的理论能量密度。我们将分析其结构特点、电化学行为，以及在实际应用中需要克服的技术难题。 新型正极材料探索： 除了上述主流材料，本书还将展望更具前瞻性的正极材料，如硫化物、固态电解质中的正极材料等，探讨其独特的储锂机制、潜在优势以及亟待解决的关键科学问题。 负极材料：均衡性能的关键 负极材料是锂离子电池的另一个重要组成部分，其主要作用是储存和释放锂离子，并提供较低的电化学电位，从而提高电池的整体工作电压和能量密度。本书将重点介绍： 碳材料（Carbon Materials）： 石墨（Graphite）： 作为目前最成熟、最广泛使用的负极材料，我们将详细解析其层状结构，以及锂离子在层间的嵌入/脱嵌机理。同时，本书还将探讨不同晶体结构石墨（如天然石墨、人造石墨）对电池性能的影响，以及如何通过优化粒径、比表面积、表面缺陷等来提升其倍率性能和循环稳定性。 硬碳（Hard Carbon）和软碳（Soft Carbon）： 这类无定形碳材料具有更复杂的孔隙结构，在某些应用场景下表现出优于石墨的性能。我们将分析其结构特点、储锂机理，以及在快充、高比容量负极方面的应用潜力。 合金类负极材料（Alloy-based Anode Materials）： 硅（Si）及其氧化物/合金： 硅拥有极高的理论比容量，是下一代高能量密度负极材料的有力竞争者。然而，硅在充放电过程中会发生巨大的体积膨胀，导致材料粉化和容量快速衰减。本书将深入探讨硅负极的体积变化机理，并重点介绍各种解决方案，包括纳米化硅、硅-碳复合、合金化以及固态电解质的应用，以期实现硅基负极的稳定长循环。 锡（Sn）、锗（Ge）及其合金： 这些元素同样具有较高的理论比容量，与其他合金元素（如铁、镍、钴）形成的合金材料，也在改善体积膨胀和提升循环稳定性方面展现出潜力。我们将分析这些合金材料的结构特性、储锂机制以及面临的挑战。 氧化物类负极材料（Oxide-based Anode Materials）： 钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）： 以其零应变特性和优异的循环寿命，在需要高功率和长寿命的应用场景（如储能系统）中备受青睐。我们将解析其尖晶石结构，以及其在高放电倍率下的优异表现。 其他过渡金属氧化物（如Fe₂O₃、SnO₂）： 这些材料同样具有较高的理论比容量，但面临着体积膨胀和导电性差的问题。本书将探讨如何通过纳米化、碳包覆、与导电网络结合等方法来改善其电化学性能。 电解质：锂离子的“高速公路” 电解质是锂离子在正负极之间传输的介质，其离子导电性、电化学稳定性以及安全性至关重要。本书将全面解析： 有机电解液（Organic Electrolytes）： 溶剂体系： 重点介绍碳酸酯类（如EC、DEC、DMC、EMC）等主流有机溶剂的物理化学性质、溶解能力以及与锂盐的配伍性。分析不同溶剂比例对离子导电性、粘度和电化学窗口的影响。 锂盐（Lithium Salts）： 详细阐述六氟磷酸锂（LiPF₆）作为主流锂盐的优缺点，以及其他常用锂盐（如LiBF₄、LiClO₄、LiTFSI）的特性。探讨锂盐的分解产物对电池性能的影响。 添加剂（Additives）： 重点介绍各种功能性添加剂的作用，如成膜添加剂（如VC、FEC）用于在电极表面形成稳定的SEI膜，提高循环寿命和安全性；阻燃剂用于提升电解液的安全性；以及用于改善低温性能的添加剂等。 固态电解质（Solid-State Electrolytes）： 聚合物固态电解质（Polymer Solid Electrolytes）： 分析聚环氧乙烷（PEO）等聚合物基固态电解质的离子传输机理、优势（柔韧性、安全性）和劣势（导电性较低）。 无机固态电解质（Inorganic Solid Electrolytes）： 重点介绍氧化物类（如LLZO、LATP）和硫化物类（如LGPS、LISICON）固态电解质的结构特点、高离子导电性以及在固态锂电池中的应用前景。深入分析界面问题、制备工艺以及与电极材料的兼容性。 隔膜：安全屏障与性能调控 隔膜作为锂离子电池中分隔正负极、防止短路的关键组件，其孔隙率、厚度、力学性能和化学稳定性直接影响电池的安全性、功率性能和寿命。本书将深入探讨： 微孔聚烯烃隔膜（Microporous Polyolefin Separators）： 详细解析聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）单层及多层隔膜的制备工艺、微观形貌以及对离子传输的影响。探讨如何通过控制孔径分布、厚度来优化电池性能。 陶瓷涂覆隔膜（Ceramic-Coated Separators）： 分析氧化铝（Al₂O₃）、氧化硅（SiO₂）等陶瓷颗粒涂覆在隔膜表面对提高热稳定性和机械强度的作用，以及如何减少枝晶穿刺的风险。 非织造布隔膜（Non-woven Fabric Separators）： 介绍其结构特点和在特定应用场景下的优势。 新型隔膜材料： 展望具有更高热稳定性、阻燃性或特殊功能的隔膜材料，如复合隔膜、自修复隔膜等。 粘结材料：构筑坚固的电极骨架 粘结材料的作用是将活性物质颗粒、导电剂和集流体牢固地结合在一起，形成稳定、高导电性的电极结构。本书将重点关注： 聚偏氟乙烯（PVDF）： 作为目前最常用的粘结剂，我们将分析其粘结性能、溶剂体系以及对电极结构和离子传输的影响。 丁苯橡胶（SBR）与羧甲基纤维素（CMC）复合体系： 介绍这种水性体系在降低成本、环境友好性以及改善电极形貌方面的优势，并分析其粘结机理和性能特点。 新型粘结材料： 探讨具有更高粘结强度、更好机械性能、更佳化学稳定性的新型粘结剂，如聚丙烯酸（PAA）、纤维素衍生物等，以及它们在提升电池寿命和安全性的作用。 材料制备与性能优化：从实验室到工业化 本书还将触及锂离子电池关键材料的制备方法和性能优化策略，包括： 合成方法： 固相反应法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热/溶剂热法、气相沉积法等，以及它们对材料微观结构、形貌和性能的影响。 纳米化与形貌控制： 纳米化如何改善材料的比表面积、提高锂离子扩散速率和电子导电性，以及如何通过控制形貌（如纳米线、纳米片、多孔结构）来优化电化学性能。 表面改性与包覆： 通过包覆导电层、惰性材料或功能性涂层来提高材料的稳定性、降低界面电阻、抑制副反应。 掺杂改性： 引入不同元素进行掺杂，以调控材料的晶体结构、能带结构、锂离子扩散路径，从而优化其电化学性能。 复合化技术： 将不同材料进行复合，利用协同效应，克服单一材料的缺点，提升整体性能。 展望与挑战 最后，本书将对锂离子电池材料领域未来的发展趋势进行展望，分析当前面临的挑战，如高能量密度材料的稳定性与安全性问题、低成本化与可持续发展、新型电池体系（如全固态电池、钠离子电池）的材料开发等。我们将强调材料科学在解决这些关键问题中的核心作用，以及跨学科合作的必要性，以期为高性能、安全、经济且可持续的下一代储能技术发展贡献力量。 本书旨在为材料科学家、化学工程师、电池工程师以及对锂离子电池技术感兴趣的读者提供一个全面、深入的学术参考。通过对核心材料体系的细致解析和前沿技术的探讨，我们希望能够激发新的研究思路，加速技术创新，共同推动锂离子电池技术迈向新的高峰。

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这本书听名字就让人觉得内容很扎实，而且涵盖的范围也相当广。我一直对新能源领域，特别是锂离子电池的技术进展很感兴趣。我读过一些关于电池基础原理的书，但总觉得在材料层面不够深入。我特别关注的是正极和负极材料的最新研究动态，因为我知道这直接关系到电池的能量密度、功率密度以及循环寿命。比如，关于钴酸锂、镍钴锰酸锂（NCM）和锰酸锂（LMO）这些主流正极材料，我希望能了解到它们在化学结构、电化学性能上的细微差别，以及不同制备工艺如何影响最终的材料性能。此外，负极材料的进展同样关键，除了经典的石墨，我也很想知道硅基负极、金属锂负极的最新突破，以及它们在克服体积膨胀、金属锂枝晶等挑战方面的进展。书中提到的“粘结材料”也引起了我的注意，因为我隐约记得电极的稳定性和性能很大程度上也依赖于粘结剂的选择和使用，这是一个我之前不太了解但觉得非常重要的环节。如果这本书能在这方面提供一些深入的分析，那就太有价值了。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我第一眼就被“有机正极”和“有机负极”这两个词吸引住了。这听起来非常有突破性，因为目前市面上大部分锂离子电池都还是以无机材料为主。我对有机材料在电池领域的应用一直抱有浓厚的兴趣，因为有机材料通常具有结构可设计性强、成本较低、环境友好等潜在优势。我特别想知道，有机正极材料是如何通过分子设计来实现高比容量和良好循环性的？它们在实际应用中面临哪些挑战，比如稳定性、导电性以及与电解液的兼容性问题？同样，对于有机负极材料，我也好奇它们能达到什么样的性能水平，以及在充电放电过程中是否会发生不可逆的体积变化。如果这本书能详细阐述这些有机材料的分子结构、电化学机理、以及与传统无机材料的性能对比，那将极大地拓展我对锂离子电池材料多样性的认知。毕竟，未来电池技术的发展，很可能在这些新兴材料上找到新的突破口。

评分☆☆☆☆☆

我一直以来都在关注电池的“心脏”——电解质。书名里提到了“电解质”这个词，这让我对这本书充满了期待。我深知电解质的种类和性能对锂离子电池的安全性和寿命至关重要。我希望能在这本书中看到关于不同类型电解质的详细介绍，比如传统的有机液态电解质（如碳酸酯类溶剂配合锂盐），以及一些更前沿的固态电解质，包括聚合物电解质、氧化物陶瓷电解质和硫化物电解质。我特别想了解不同电解质在离子电导率、电化学窗口、热稳定性、以及与电极材料的界面兼容性方面的优势和劣势。例如，液态电解质在低温性能和成本方面有优势，但安全性和能量密度有待提高；而固态电解质在安全性和高能量密度方面有巨大潜力，但其离子电导率和界面问题是亟待解决的难题。如果这本书能对这些方面进行深入剖析，并提供相关的研究进展，那对我来说将是一份非常宝贵的资料。

评分☆☆☆☆☆

我对“氧化钴锂”这个词的出现感到一丝好奇，因为它听起来像是对早期锂离子电池正极材料（如LiCoO2）的提及。我一直认为，了解锂离子电池的发展历史和早期材料的优缺点，对于理解后续技术革新为什么会发生至关重要。这本书如果能包含对早期材料的“解析”，比如氧化钴锂的结构特点、充放电机理，以及它为什么会在能量密度和成本方面逐渐被更先进的材料所取代，那将非常有意义。这就像是在追溯技术的源头，能够帮助我更好地理解整个技术演进的逻辑。同时，书中提到的“镍锂”、“锰锂”也让我猜测，是否是对LiNiO2、LiMn2O4等早期材料的探讨，或者是在介绍含有这些元素的更复杂新型材料。无论如何，对于一位对电池材料充满好奇的读者来说，能够深入了解这些基础且关键的材料，并理解它们是如何一步步演变成今天我们所熟知的复杂体系的，将是一次非常宝贵的学习体验。

评分☆☆☆☆☆

隔膜作为锂离子电池中一道至关重要的“防火墙”，其性能直接影响着电池的安全性，同时也制约着电池的能量密度。我对书名中包含“隔膜”感到欣慰，因为我认为这是电池技术中一个常常被忽视但极其关键的组成部分。我希望这本书能详细介绍不同类型的隔膜材料，比如聚烯烃（聚丙烯、聚乙烯）微孔膜，以及一些更先进的陶瓷涂层隔膜、聚合物固态电解质隔膜等。我特别想深入了解这些隔膜是如何通过其微观结构（孔隙率、孔径分布、厚度）和表面性质来平衡离子传输通道和隔离正负极短路的，以及它们在热稳定性、机械强度和电化学稳定性方面的表现。另外，隔膜与电解质、电极材料之间的界面行为也可能影响电池的性能，如果书中能对这些复杂的相互作用进行阐述，那将非常有价值，能够帮助我更全面地理解电池的内部构造和工作原理。