鋰離子電池材料解析鋰離子 電池 有機 正極 負極 電解質 隔膜 粘結 材料 氧化 鈷鋰 鎳鋰 錳鋰 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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徐國棟 著

圖書標籤:

• 鋰離子電池
• 電池材料
• 正極材料
• 負極材料
• 電解質
• 隔膜
• 粘結劑
• 鈷鋰電池
• 鎳鋰電池
• 錳鋰電池

店鋪： 義博圖書專營店

齣版社： 機械工業

ISBN：9787111591016

商品編碼：27523380234

包裝：平裝

商品名稱：	鋰離子電池材料解析
作者：	徐國棟
市場價：	79.90
ISBN號：	9787111591016
版次：	1-1
齣版日期：
頁數：	244
字數：	299
齣版社：	機械工業齣版社

本書主要介紹瞭鋰離子電池的基本原理，正極材料（氧化鈷鋰，氧化鎳鋰，氧化錳鋰，磷酸亞鐵鋰，三元材料，釩氧化物，有機正極和硫正極）、負極材料（碳材料，閤金材料和金屬鋰）、電解質（液體電解質，固體聚閤物電解質，凝膠聚閤物電解質，復閤聚閤物電解質，單離子聚閤物電解質以及無機陶瓷電解質）和隔膜與粘結劑材料。其中在負極材料和電解質部分穿插瞭部分關於電極與電解質界麵穩定性的內容。全書主要基於正極，負極和電解質三個方麵的國內外的新研究成果，特彆是熱點內容，思路清晰明瞭，易於閱讀。

前言
1 章 鋰電池概論 1
1.1 概述 1
1.2 鋰電池發展簡介 1
1.3 鋰離子電池的基本構成 2
1.4 錶徵電池性能的重要參數 3
1.4.1 電池的電動勢（E） 3
1.4.2 電池的理論容量（Q） 4
1.4.3 電池的能量 4
1.4.4 電池的功率 5
1.4.5 庫侖效率（電流效率） 5
1.4.6 電池的壽命以及自放電與儲存性能 5
2 章 正極材料 6
2.1 層狀結構正極（LiMO2） 6
2.1.1 LiCoO2 7
2.1.2 LiNiO2 13
2.1.3 LiMnO2 18
2.1.4 其他層狀金屬氧化物 23
2.2 尖晶石結構正極（LiM2O4） 23
2.2.1 LiMn2O4 24
2.2.2 其他尖晶石結構的氧化物正極 31
2.3 基於多聚陰離子的正極 31
2.4 橄欖石結構的正極（LiMPO4） 32
2.4.1 LiFePO4 33
2.4.2 LiMnPO4 和LiCoPO4 35
2.5 三元復閤正極電極材料 36
2.6 釩氧化物正極 40
2.6.1 α-V2O5 40
2.6.2 Li1+xV3O8 44
2.7 有機正極材料 45
2.7.1 共軛羰基化閤物 46
2.7.2 自由基聚閤物 50
2.7.3 導電聚閤物 52
2.7.4 有機硫正極 53
2.8 無機硫正極 55
2.8.1 單質硫的氧化還原反應機理 55
2.8.2 碳/硫復閤電極 56
2.8.3 硫/導電聚閤物復閤材料 61
2.8.4 硫/金屬氧化物或金屬硫化物復閤材料 62
2.8.5 多硫化物正極 64
3 章 負極材料 66
3.1 插層類化閤物 68
3.1.1 碳材料 68
3.1.2 二氧化鈦 76
3.2 閤金類材料 77
3.2.1 Si 78
3.2.2 SiO 79
3.2.3 Ge 81
3.2.4 SnO2 82
3.3 轉換型材料 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 金屬鋰 90
3.4.1 鋰枝晶的形成與生長 90
3.4.2 原位形成穩定的SEI 層 94
3.4.3 非原位錶麵包覆 98
4 章 液體電解質 107
4.1 液體電解質簡介 108
4.2 溶劑 108
4.2.1 碳酸丙二酯（PC） 110
4.2.2 醚類電解質 111
4.2.3 碳酸乙二酯（EC） 111
VII
目 錄
4.2.4 綫性碳酸酯 112
4.3 鋰鹽 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 電解液的液態範圍 120
4.5 離子傳導特性 123
4.6 電解質在惰性電極錶麵的電化學穩定性 128
4.6.1 鋰鹽陰離子穩定性 129
4.6.2 溶劑的穩定性 130
4.7 電解質在活性電極錶麵的電化學穩定性 131
4.7.1 鋰負極的鈍化 131
4.7.2 碳負極的鈍化 134

現代材料科學前沿：聚焦高性能電池技術 引言 能源的獲取與儲存，是驅動人類社會進步的關鍵。在眾多儲能技術中，鋰離子電池以其高能量密度、長循環壽命和環保特性，已成為當前乃至未來一段時間內最具潛力的電化學儲能技術。從智能手機、筆記本電腦到電動汽車、電網儲能，鋰離子電池的身影無處不在，深刻地改變著我們的生活方式。然而，隨著科技的飛速發展和應用需求的不斷提升，我們對電池的能量密度、功率密度、安全性以及成本提齣瞭更高的要求。這促使著科學傢和工程師們不斷深入研究鋰離子電池的每一個核心組成部分，探索更優異的材料體係，以期突破現有技術的瓶頸，邁嚮更高性能、更安全、更經濟的新一代電池。 本書旨在提供一個全麵、深入的視角，聚焦於現代材料科學在高性能鋰離子電池技術發展中的關鍵作用。我們將係統地解析構成鋰離子電池的各個核心材料體係，並探討它們在提升電池整體性能方麵的潛力和挑戰。本書將跳脫齣僅針對單一材料的淺層介紹，而是著重於不同材料之間的相互作用、協同效應，以及它們如何共同塑造電池的電化學行為和實際應用錶現。 正極材料：能量密度的擎天之柱 作為鋰離子電池的核心組件之一，正極材料的性能直接決定瞭電池的能量密度和功率輸齣能力。正極材料的工作原理是，在充放電過程中，鋰離子嵌入或脫齣其晶體結構，從而實現電荷的轉移。本書將深入剖析當下主流及前沿的正極材料體係，包括但不限於： 層狀氧化物（Layered Oxides）： 鈷酸鋰（LiCoO₂）： 作為最早商業化應用的正極材料，其結構穩定性和較好的能量密度使其在消費電子領域占據重要地位。我們將探討其製備工藝、結構演變以及限製其進一步發展的因素，例如鈷資源的稀缺性和成本問題，以及在高溫循環下的結構穩定性挑戰。 鎳鈷錳酸鋰（NCM）和鎳鈷鋁酸鋰（NCA）： 這類材料通過引入鎳、錳、鋁等元素，有效提升瞭材料的能量密度和循環壽命，是目前電動汽車領域的主流選擇。我們將詳細介紹不同鎳、鈷、錳、鋁比例對材料電化學性能的影響，例如高鎳NCM/NCA如何實現更高的能量密度，以及如何通過錶麵改性、包覆等手段來提高其高溫性能和循環穩定性，剋服鎳含量過高帶來的結構不穩定和安全隱患。 富鋰錳基（Li-rich Mn-based）材料： 這是一類極具潛力的下一代正極材料，理論能量密度遠高於傳統材料。我們將深入研究其獨特的“氧絡閤物”儲鋰機製，剖析其存在的電壓衰減、容量衰減等問題，並探討如何通過結構設計、摻雜改性、納米化等策略來解決這些挑戰，充分釋放其高能量密度優勢。 聚陰離子化閤物（Poly Anion Compounds）： 磷酸鐵鋰（LiFePO₄）： 以其優異的安全性、長壽命和較低的成本，在動力電池和儲能領域獲得瞭廣泛應用。本書將闡述其橄欖石結構如何賦予其極佳的熱穩定性，以及其固態擴散受限的特性如何通過摻雜（如碳包覆）來顯著改善。 磷酸錳鋰（LiMnPO₄）和磷酸釩鋰（Li₃V₂(PO₄)₃）： 這些材料在保持磷酸鹽骨架優勢的同時，通過引入錳和釩元素，進一步提升瞭材料的理論能量密度。我們將分析其結構特點、電化學行為，以及在實際應用中需要剋服的技術難題。 新型正極材料探索： 除瞭上述主流材料，本書還將展望更具前瞻性的正極材料，如硫化物、固態電解質中的正極材料等，探討其獨特的儲鋰機製、潛在優勢以及亟待解決的關鍵科學問題。 負極材料：均衡性能的關鍵 負極材料是鋰離子電池的另一個重要組成部分，其主要作用是儲存和釋放鋰離子，並提供較低的電化學電位，從而提高電池的整體工作電壓和能量密度。本書將重點介紹： 碳材料（Carbon Materials）： 石墨（Graphite）： 作為目前最成熟、最廣泛使用的負極材料，我們將詳細解析其層狀結構，以及鋰離子在層間的嵌入/脫嵌機理。同時，本書還將探討不同晶體結構石墨（如天然石墨、人造石墨）對電池性能的影響，以及如何通過優化粒徑、比錶麵積、錶麵缺陷等來提升其倍率性能和循環穩定性。 硬碳（Hard Carbon）和軟碳（Soft Carbon）： 這類無定形碳材料具有更復雜的孔隙結構，在某些應用場景下錶現齣優於石墨的性能。我們將分析其結構特點、儲鋰機理，以及在快充、高比容量負極方麵的應用潛力。 閤金類負極材料（Alloy-based Anode Materials）： 矽（Si）及其氧化物/閤金： 矽擁有極高的理論比容量，是下一代高能量密度負極材料的有力競爭者。然而，矽在充放電過程中會發生巨大的體積膨脹，導緻材料粉化和容量快速衰減。本書將深入探討矽負極的體積變化機理，並重點介紹各種解決方案，包括納米化矽、矽-碳復閤、閤金化以及固態電解質的應用，以期實現矽基負極的穩定長循環。 锡（Sn）、鍺（Ge）及其閤金： 這些元素同樣具有較高的理論比容量，與其他閤金元素（如鐵、鎳、鈷）形成的閤金材料，也在改善體積膨脹和提升循環穩定性方麵展現齣潛力。我們將分析這些閤金材料的結構特性、儲鋰機製以及麵臨的挑戰。 氧化物類負極材料（Oxide-based Anode Materials）： 鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）： 以其零應變特性和優異的循環壽命，在需要高功率和長壽命的應用場景（如儲能係統）中備受青睞。我們將解析其尖晶石結構，以及其在高放電倍率下的優異錶現。 其他過渡金屬氧化物（如Fe₂O₃、SnO₂）： 這些材料同樣具有較高的理論比容量，但麵臨著體積膨脹和導電性差的問題。本書將探討如何通過納米化、碳包覆、與導電網絡結閤等方法來改善其電化學性能。 電解質：鋰離子的“高速公路” 電解質是鋰離子在正負極之間傳輸的介質，其離子導電性、電化學穩定性以及安全性至關重要。本書將全麵解析： 有機電解液（Organic Electrolytes）： 溶劑體係： 重點介紹碳酸酯類（如EC、DEC、DMC、EMC）等主流有機溶劑的物理化學性質、溶解能力以及與鋰鹽的配伍性。分析不同溶劑比例對離子導電性、粘度和電化學窗口的影響。 鋰鹽（Lithium Salts）： 詳細闡述六氟磷酸鋰（LiPF₆）作為主流鋰鹽的優缺點，以及其他常用鋰鹽（如LiBF₄、LiClO₄、LiTFSI）的特性。探討鋰鹽的分解産物對電池性能的影響。 添加劑（Additives）： 重點介紹各種功能性添加劑的作用，如成膜添加劑（如VC、FEC）用於在電極錶麵形成穩定的SEI膜，提高循環壽命和安全性；阻燃劑用於提升電解液的安全性；以及用於改善低溫性能的添加劑等。 固態電解質（Solid-State Electrolytes）： 聚閤物固態電解質（Polymer Solid Electrolytes）： 分析聚環氧乙烷（PEO）等聚閤物基固態電解質的離子傳輸機理、優勢（柔韌性、安全性）和劣勢（導電性較低）。 無機固態電解質（Inorganic Solid Electrolytes）： 重點介紹氧化物類（如LLZO、LATP）和硫化物類（如LGPS、LISICON）固態電解質的結構特點、高離子導電性以及在固態鋰電池中的應用前景。深入分析界麵問題、製備工藝以及與電極材料的兼容性。 隔膜：安全屏障與性能調控 隔膜作為鋰離子電池中分隔正負極、防止短路的關鍵組件，其孔隙率、厚度、力學性能和化學穩定性直接影響電池的安全性、功率性能和壽命。本書將深入探討： 微孔聚烯烴隔膜（Microporous Polyolefin Separators）： 詳細解析聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）單層及多層隔膜的製備工藝、微觀形貌以及對離子傳輸的影響。探討如何通過控製孔徑分布、厚度來優化電池性能。 陶瓷塗覆隔膜（Ceramic-Coated Separators）： 分析氧化鋁（Al₂O₃）、氧化矽（SiO₂）等陶瓷顆粒塗覆在隔膜錶麵對提高熱穩定性和機械強度的作用，以及如何減少枝晶穿刺的風險。 非織造布隔膜（Non-woven Fabric Separators）： 介紹其結構特點和在特定應用場景下的優勢。 新型隔膜材料： 展望具有更高熱穩定性、阻燃性或特殊功能的隔膜材料，如復閤隔膜、自修復隔膜等。 粘結材料：構築堅固的電極骨架 粘結材料的作用是將活性物質顆粒、導電劑和集流體牢固地結閤在一起，形成穩定、高導電性的電極結構。本書將重點關注： 聚偏氟乙烯（PVDF）： 作為目前最常用的粘結劑，我們將分析其粘結性能、溶劑體係以及對電極結構和離子傳輸的影響。 丁苯橡膠（SBR）與羧甲基縴維素（CMC）復閤體係： 介紹這種水性體係在降低成本、環境友好性以及改善電極形貌方麵的優勢，並分析其粘結機理和性能特點。 新型粘結材料： 探討具有更高粘結強度、更好機械性能、更佳化學穩定性的新型粘結劑，如聚丙烯酸（PAA）、縴維素衍生物等，以及它們在提升電池壽命和安全性的作用。 材料製備與性能優化：從實驗室到工業化 本書還將觸及鋰離子電池關鍵材料的製備方法和性能優化策略，包括： 閤成方法： 固相反應法、溶膠-凝膠法、共沉澱法、水熱/溶劑熱法、氣相沉積法等，以及它們對材料微觀結構、形貌和性能的影響。 納米化與形貌控製： 納米化如何改善材料的比錶麵積、提高鋰離子擴散速率和電子導電性，以及如何通過控製形貌（如納米綫、納米片、多孔結構）來優化電化學性能。 錶麵改性與包覆： 通過包覆導電層、惰性材料或功能性塗層來提高材料的穩定性、降低界麵電阻、抑製副反應。 摻雜改性： 引入不同元素進行摻雜，以調控材料的晶體結構、能帶結構、鋰離子擴散路徑，從而優化其電化學性能。 復閤化技術： 將不同材料進行復閤，利用協同效應，剋服單一材料的缺點，提升整體性能。 展望與挑戰 最後，本書將對鋰離子電池材料領域未來的發展趨勢進行展望，分析當前麵臨的挑戰，如高能量密度材料的穩定性與安全性問題、低成本化與可持續發展、新型電池體係（如全固態電池、鈉離子電池）的材料開發等。我們將強調材料科學在解決這些關鍵問題中的核心作用，以及跨學科閤作的必要性，以期為高性能、安全、經濟且可持續的下一代儲能技術發展貢獻力量。 本書旨在為材料科學傢、化學工程師、電池工程師以及對鋰離子電池技術感興趣的讀者提供一個全麵、深入的學術參考。通過對核心材料體係的細緻解析和前沿技術的探討，我們希望能夠激發新的研究思路，加速技術創新，共同推動鋰離子電池技術邁嚮新的高峰。

評分☆☆☆☆☆

這本書聽名字就讓人覺得內容很紮實，而且涵蓋的範圍也相當廣。我一直對新能源領域，特彆是鋰離子電池的技術進展很感興趣。我讀過一些關於電池基礎原理的書，但總覺得在材料層麵不夠深入。我特彆關注的是正極和負極材料的最新研究動態，因為我知道這直接關係到電池的能量密度、功率密度以及循環壽命。比如，關於鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰（NCM）和錳酸鋰（LMO）這些主流正極材料，我希望能瞭解到它們在化學結構、電化學性能上的細微差彆，以及不同製備工藝如何影響最終的材料性能。此外，負極材料的進展同樣關鍵，除瞭經典的石墨，我也很想知道矽基負極、金屬鋰負極的最新突破，以及它們在剋服體積膨脹、金屬鋰枝晶等挑戰方麵的進展。書中提到的“粘結材料”也引起瞭我的注意，因為我隱約記得電極的穩定性和性能很大程度上也依賴於粘結劑的選擇和使用，這是一個我之前不太瞭解但覺得非常重要的環節。如果這本書能在這方麵提供一些深入的分析，那就太有價值瞭。

評分☆☆☆☆☆

我對“氧化鈷鋰”這個詞的齣現感到一絲好奇，因為它聽起來像是對早期鋰離子電池正極材料（如LiCoO2）的提及。我一直認為，瞭解鋰離子電池的發展曆史和早期材料的優缺點，對於理解後續技術革新為什麼會發生至關重要。這本書如果能包含對早期材料的“解析”，比如氧化鈷鋰的結構特點、充放電機理，以及它為什麼會在能量密度和成本方麵逐漸被更先進的材料所取代，那將非常有意義。這就像是在追溯技術的源頭，能夠幫助我更好地理解整個技術演進的邏輯。同時，書中提到的“鎳鋰”、“錳鋰”也讓我猜測，是否是對LiNiO2、LiMn2O4等早期材料的探討，或者是在介紹含有這些元素的更復雜新型材料。無論如何，對於一位對電池材料充滿好奇的讀者來說，能夠深入瞭解這些基礎且關鍵的材料，並理解它們是如何一步步演變成今天我們所熟知的復雜體係的，將是一次非常寶貴的學習體驗。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我第一眼就被“有機正極”和“有機負極”這兩個詞吸引住瞭。這聽起來非常有突破性，因為目前市麵上大部分鋰離子電池都還是以無機材料為主。我對有機材料在電池領域的應用一直抱有濃厚的興趣，因為有機材料通常具有結構可設計性強、成本較低、環境友好等潛在優勢。我特彆想知道，有機正極材料是如何通過分子設計來實現高比容量和良好循環性的？它們在實際應用中麵臨哪些挑戰，比如穩定性、導電性以及與電解液的兼容性問題？同樣，對於有機負極材料，我也好奇它們能達到什麼樣的性能水平，以及在充電放電過程中是否會發生不可逆的體積變化。如果這本書能詳細闡述這些有機材料的分子結構、電化學機理、以及與傳統無機材料的性能對比，那將極大地拓展我對鋰離子電池材料多樣性的認知。畢竟，未來電池技術的發展，很可能在這些新興材料上找到新的突破口。

評分☆☆☆☆☆

隔膜作為鋰離子電池中一道至關重要的“防火牆”，其性能直接影響著電池的安全性，同時也製約著電池的能量密度。我對書名中包含“隔膜”感到欣慰，因為我認為這是電池技術中一個常常被忽視但極其關鍵的組成部分。我希望這本書能詳細介紹不同類型的隔膜材料，比如聚烯烴（聚丙烯、聚乙烯）微孔膜，以及一些更先進的陶瓷塗層隔膜、聚閤物固態電解質隔膜等。我特彆想深入瞭解這些隔膜是如何通過其微觀結構（孔隙率、孔徑分布、厚度）和錶麵性質來平衡離子傳輸通道和隔離正負極短路的，以及它們在熱穩定性、機械強度和電化學穩定性方麵的錶現。另外，隔膜與電解質、電極材料之間的界麵行為也可能影響電池的性能，如果書中能對這些復雜的相互作用進行闡述，那將非常有價值，能夠幫助我更全麵地理解電池的內部構造和工作原理。

評分☆☆☆☆☆

我一直以來都在關注電池的“心髒”——電解質。書名裏提到瞭“電解質”這個詞，這讓我對這本書充滿瞭期待。我深知電解質的種類和性能對鋰離子電池的安全性和壽命至關重要。我希望能在這本書中看到關於不同類型電解質的詳細介紹，比如傳統的有機液態電解質（如碳酸酯類溶劑配閤鋰鹽），以及一些更前沿的固態電解質，包括聚閤物電解質、氧化物陶瓷電解質和硫化物電解質。我特彆想瞭解不同電解質在離子電導率、電化學窗口、熱穩定性、以及與電極材料的界麵兼容性方麵的優勢和劣勢。例如，液態電解質在低溫性能和成本方麵有優勢，但安全性和能量密度有待提高；而固態電解質在安全性和高能量密度方麵有巨大潛力，但其離子電導率和界麵問題是亟待解決的難題。如果這本書能對這些方麵進行深入剖析，並提供相關的研究進展，那對我來說將是一份非常寶貴的資料。