锂离子电池正极材料——原理、性能与生产工艺电子书

第1章 锂离子电池概述

1.1 电池概述

1.2 锂离子电池的发展史

1.3 锂离子电池的工作原理

1.4 锂离子电池正极材料

1.4.1 钴酸锂

1.4.2 镍酸锂

1.4.3 锰酸锂

1.4.4 磷酸铁锂

1.5 锂离子电池负极材料

1.5.1 石墨

1.5.2 焦炭

1.5.3 硬炭

1.5.4 中间相炭微球

1.6 锂离子电池电解液

1.7 锂离子电池的发展趋势

参考文献

第2章 高温固相合成反应的基本原理

2.1 热力学的基本概念和定律

2.1.1 热力学第一定律

2.1.2 热力学第二定律

2.1.3 吉布斯自由能

2.2 钴酸锂的热力学数据

2.3 钴酸锂的热力学计算

2.4 动力学的基本概念和定律

2.4.1 反应速率

2.4.2 影响反应速率的因素

2.4.2.1 反应物性质

2.4.2.2 浓度

2.4.2.3 温度

2.4.2.4 催化剂

2.5 反应机理

2.6 固相反应动力学模型

2.7 钴酸锂的合成反应动力学计算

参考文献

第3章 正极材料生产的关键设备

3.1 计量与配料系统

3.1.1 称重计量的原理

3.1.2 电子衡器的精度等级

3.1.2.1 固定式电子衡器的精确度

3.1.2.2 自动定量衡器的精确度

3.1.3 称重计量装置的连接和信号传输

3.1.3.1 称重传感器的并联接法和偏载调整

3.1.3.2 秤的标定

3.1.3.3 秤的调校

3.1.3.4 称重仪表的基本控制参数

3.1.3.5 秤的高级控制参数

3.1.3.6 称量结果的判定

3.1.4 自动化生产线称重计量装置

3.1.4.1 料仓称重系统

3.1.4.2 配料秤

3.1.5 计量装置安装调试中应注意的问题

3.1.5.1 称重计量装置的连接

3.1.5.2 物料的落差对称重计量的影响

3.1.5.3 外界干扰对称重计量装置的影响

3.1.6 自动化生产线配料流程

3.2 混合设备

3.2.1 搅拌球磨机

3.2.2 砂磨机

3.2.3 斜式混料机

3.2.4 高速混合机

3.2.5 高速旋风式混合机

3.2.6 机械融合精密混合机

3.3 干燥设备

3.3.1 真空回转干燥机

3.3.1.1 工作原理

3.3.1.2 应用范围

3.3.1.3 工艺流程及特点

3.3.2 真空耙式干燥机

3.3.3 喷雾干燥机

3.3.3.1 敞开式离心喷雾干燥

3.3.3.2 防爆型闭式喷雾干燥系统

3.3.4 真空带式干燥机

3.4 窑炉自动装卸料系统

3.4.1 钵的形式和在窑炉中的排列

3.4.2 炉窑装卸料过程的特点和要求

3.4.3 装料机械和卸料机械

3.4.3.1 装料机械

3.4.3.2 卸钵机械

3.4.3.3 自动装钵机

3.4.3.4 定量称重装置

3.4.3.5 划块和分割

3.4.3.6 定量秤的供、排料机械

3.4.3.7 附属设备

3.4.3.8 控制系统

3.4.4 自动移载、分配和排序

3.4.4.1 移载分配机

3.4.4.2 排序上钵机

3.4.5 叠钵机和拆分机

3.4.5.1 叠钵机

3.4.5.2 拆分机

3.4.6 积放夹钵器和阻挡器

3.4.7 高钵和低钵的自动检测

3.4.7.1 高低钵检测机

3.4.7.2 高低钵检测机在生产线上的灵活配置

3.4.8 自动倒钵和清扫机

3.4.8.1 自动倒钵机的构成

3.4.8.2 自动倒钵机的布置

3.4.8.3 自动清扫机

3.5 烧结设备

3.5.1 推板窑

3.5.1.1 设备炉型

3.5.1.2 设备组成

3.5.1.3 设备原理

3.5.1.4 操作注意事项

3.5.2 辊道窑

3.5.2.1 设备炉型

3.5.2.2 设备组成

3.5.2.3 设备原理

3.5.2.4 操作注意事项

3.5.3 钟罩炉

3.5.3.1 设备炉型

3.5.3.2 设备组成

3.5.3.3 设备原理

3.5.3.4 操作注意事项

3.6 粉碎与分级设备

3.6.1 颚式破碎机

3.6.2 辊式破碎机

3.6.3 旋轮磨

3.6.4 高速机械冲击式粉碎机

3.6.5 气流粉碎机

3.6.5.1 流化床气流粉碎机

3.6.5.2 扁平式气流粉碎机

3.7 合批设备

3.7.1 双螺旋锥形混合机

3.7.2 卧式螺带混合机

3.8 除铁设备

3.9 包装计量设备

3.9.1 锂离子电池材料包装计量设备的现状

3.9.2 锂离子电池材料包装计量设备的形式和种类

3.9.2.1 毛重秤和净重秤

3.9.2.2 两种气囊夹袋秤

3.9.2.3 两种形式的吨包装机

3.9.3 自动化包装线上的配套设备

3.9.3.1 自动上袋设备

3.9.3.2 热合封口机

3.9.3.3 贴标与喷墨打印

3.9.3.4 自动码垛机和缠包机

参考文献

第4章 钴酸锂

4.1 钴酸锂的结构与电化学特征

4.1.1 钴酸锂的结构

4.1.2 钴酸锂的电化学特征

4.1.2.1 钴酸锂充放电过程中的结构变化

4.1.2.2 LiCoO2在高电压条件下的衰减机理

4.2 钴酸锂的合成方法

4.2.1 固相法

4.2.2 软化学法

4.3 钴酸锂的改性

4.3.1 钴酸锂的掺杂

4.3.2 钴酸锂的表面包覆

4.4 生产钴酸锂的主要原料及标准

4.4.1 四氧化三钴

4.4.2 碳酸锂

4.5 钴酸锂生产工艺流程及工艺参数

4.5.1 计量配料与混合工序

4.5.1.1 计量配料

4.5.1.2 混合工艺

4.5.2 烧结工序

4.5.2.1 烧结温度

4.5.2.2 烧结时间

4.5.2.3 烧结气氛

4.5.3 粉碎分级工序

4.5.4 合批工序

4.5.5 除铁工序

4.5.6 包装工序

4.6 钴酸锂的产品标准

4.7 钴酸锂的种类与应用领域

参考文献

第5章 锰酸锂

5.1 锰酸锂的结构与电化学特征

5.1.1 锰酸锂的结构

5.1.2 锰酸锂的电化学特征

5.2 锰酸锂的制备方法

5.2.1 固相法

5.2.2 软化学法

5.3 锰酸锂的改性

5.3.1 锰酸锂的掺杂

5.3.1.1 阳离子掺杂

5.3.1.2 阴离子掺杂

5.3.1.3 复合掺杂

5.3.2 锰酸锂的表面包覆

5.3.2.1 氧化物

5.3.2.2 磷酸盐

5.3.2.3 金属

5.3.2.4 电极材料

5.3.2.5 碳

5.3.2.6 氟化物

5.3.2.7 其他新型材料

5.4 生产锰酸锂的主要原料及标准

5.4.1 电解二氧化锰

5.4.2 化学二氧化锰

5.4.3 四氧化三锰

5.4.4 其他锰化合物

5.5 锰酸锂生产工艺流程及工艺参数

5.5.1 锰酸锂生产工艺流程

5.5.1.1 配料

5.5.1.2 混料

5.5.1.3 烧结

5.5.1.4 粉碎分级

5.5.1.5 包装

5.5.2 锰酸锂生产工艺参数

5.5.2.1 不同Li/Mn比例的影响

5.5.2.2 不同热处理制度的影响

5.6 锰酸锂的产品标准

5.7 锰酸锂的种类与应用领域

5.7.1 层状LiMnO2

5.7.2 层状Li2MnO3

5.7.3 尖晶石结构Li4Mn5O12

5.7.4 尖晶石结构5V正极材料

5.7.5 锰酸锂的应用领域

参考文献

第6章 镍钴锰酸锂（NCM）三元材料

6.1 镍钴锰酸锂的结构与电化学特征

6.1.1 镍钴锰酸锂的结构

6.1.1.1 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的结构特性

6.1.1.2 LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2正极材料的结构特性

6.1.1.3 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的结构特性

6.1.1.4 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2三元正极材料的结构特性

6.1.1.5 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2三元正极材料的结构特性

6.1.2 镍钴锰酸锂的电化学特征

6.2 镍钴锰酸锂的合成方法

6.2.1 高温固相合成法

6.2.2 化学共沉淀法

6.2.3 溶胶-凝胶法

6.3 镍钴锰酸锂的改性

6.3.1 镍钴锰酸锂的掺杂

6.3.2 镍钴锰酸锂的表面包覆

6.4 生产三元材料的主要原料及标准

6.5 三元生产工艺流程及工艺参数

6.5.1 计量配料与混合工序

6.5.1.1 计量配料

6.5.1.2 混合工艺

6.5.2 烧结工序

6.5.2.1 烧结温度

6.5.2.2 烧结时间

6.5.2.3 烧结气氛

6.5.3 粉碎分级工序

6.5.4 合批工序

6.5.5 除铁工序

6.5.6 包装工序

6.6 三元材料的产品标准

6.7 镍钴锰酸锂三元材料的种类与应用领域

参考文献

第7章 镍钴铝酸锂（NCA）材料

7.1 镍钴铝酸锂的结构与电化学特征

7.1.1 镍钴铝酸锂的结构

7.1.2 镍钴铝酸锂的电化学特征

7.1.2.1 NCA充放电过程动力学

7.1.2.2 容量-倍率-循环性能

7.1.2.3 电池储存性能

7.2 镍钴铝酸锂的合成方法

7.2.1 高温固相法

7.2.2 喷雾热分解法

7.2.3 溶胶-凝胶法

7.2.4 共沉淀法

7.3 镍钴铝酸锂的改性

7.3.1 离子掺杂改性

7.3.2 镍钴铝酸锂的表面包覆

7.4 生产镍钴铝酸锂材料的主要原料及标准

7.4.1 前驱体生产所用原料标准

7.4.2 材料烧结所用原料标准

7.5 镍钴铝酸锂生产工艺流程及工艺参数

7.5.1 前驱体生产工艺流程

7.5.2 NCA材料烧结工艺

7.6 镍钴铝酸锂的产品标准

7.7 镍钴铝酸锂材料的种类与应用领域

参考文献

第8章 磷酸盐材料

8.1 磷酸盐材料的结构与电化学特征

8.1.1 磷酸盐材料的结构

8.1.1.1 LiFePO4的结构

8.1.1.2 LiMnPO4的结构特点

8.1.2 磷酸盐材料的电化学特征

8.1.2.1 LiFePO4的电化学特性

8.1.2.2 LiMnPO4的电化学特性

8.1.2.3 LiMnyFe1-yPO4材料的性能

8.2 磷酸盐材料的合成方法

8.2.1 LiFePO4的合成方法

8.2.1.1 固相合成方法

8.2.1.2 LiFePO4的软化学合成方法

8.2.2 LiMnPO4的制备方法

8.2.2.1 共沉淀法

8.2.2.2 溶胶-凝胶法

8.2.2.3 水热/溶剂热/离子热法

8.2.2.4 多元醇法

8.2.2.5 喷雾热解法

8.2.3 LiMnyFe1-yPO4的制备方法

8.3 磷酸盐材料的改性

8.3.1 磷酸盐材料的掺杂

8.3.1.1 磷酸铁锂的掺杂改性

8.3.1.2 磷酸锰锂的掺杂改性

8.3.2 磷酸盐材料的表面包覆

8.3.2.1 LiFePO4的表面修饰改性

8.3.2.2 LiMnPO4表面修饰

8.3.3 磷酸盐材料的纳米化

8.4 生产磷酸盐材料的主要原料及标准

8.5 磷酸盐材料生产工艺流程及工艺参数

8.5.1 草酸亚铁路线

8.5.2 氧化铁红路线

8.5.3 磷酸铁路线

8.5.4 水热工艺路线

8.6 磷酸盐系材料的产品标准

8.7 磷酸盐材料的种类与应用领域

8.7.1 电动汽车用动力电池

8.7.2 储能电池

参考文献

第9章 富锂锰基固溶体材料及其生产工艺

9.1 富锂锰基固溶体材料的结构与电化学特征

9.1.1 富锂锰基固溶体材料的结构

9.1.2 富锂锰基固溶体材料的电化学特征

9.2 富锂锰基固溶体材料的合成方法

9.2.1 共沉淀法

9.2.2 固相法

9.3 富锂锰基固溶体材料的改性

9.3.1 富锂锰基固溶体材料的表面包覆

9.3.2 富锂锰基固溶体材料与锂受体型材料复合

9.3.3 富锂锰基固溶体材料的表面改性

9.3.4 富锂锰基固溶体材料的其他改性手段

9.4 生产富锂锰基固溶体材料的主要原料及标准

9.5 富锂锰基固溶体材料生产工艺流程及工艺参数

9.5.1 沉淀工艺的参数

9.5.1.1 加料方式

9.5.1.2 pH值的控制

9.5.1.3 反应温度

9.5.1.4 反应时间

9.5.1.5 络合剂的使用

9.5.1.6 搅拌强度

9.5.2 烧结工艺的参数

9.5.2.1 锂源的选择和配锂比例

9.5.2.2 烧结温度

9.5.2.3 烧结时间

9.6 富锂锰基固溶体材料的应用领域

参考文献

第10章 锂离子电池正极材料的测试方法

10.1 正极材料的化学成分分析

10.1.1 钴酸锂的化学分析方法

10.1.1.1 电位滴定法测定钴

10.1.1.2 火焰原子吸收仪测定元素锌、铁、镁、铜、铬、钙、钠、钾、锂

10.1.1.3 差减重量法测定水分

10.1.1.4 金属单质的检测

10.1.1.5 钴酸锂pH值的检测

10.1.2 镍钴锰酸锂的化学分析方法

10.1.2.1 镍、钴、锰含量的检测

10.1.2.2 火焰原子吸收仪测定锌、铁、镁、铜、铬、钙、钠、钾、锂

10.1.2.3 差减重量法测定水分

10.1.2.4 镍钴锰酸锂pH值的检测

10.1.3 锰酸锂的化学分析方法

10.1.3.1 锰含量的检测

10.1.3.2 火焰原子吸收仪测定镍、钴、铁、镁、铜、钙、钠、锂

10.1.3.3 差减重量法测定水分

10.1.3.4 锰酸锂样品pH值的检测

10.1.3.5 红外碳硫分析仪测定硫酸根含量

10.1.4 镍钴铝酸锂的化学分析方法

10.1.5 磷酸铁锂的化学分析方法

10.1.5.1 铁含量的检测

10.1.5.2 火焰原子吸收仪测定锌、镍、钴、锰、镁、铜、钙、锂

10.1.5.3 差减重量法测定水分

10.1.5.4 磷酸铁锂中pH值的检测

10.1.5.5 磷含量的检测

10.1.5.6 碳含量的检测

10.1.6 微量单质铁的化学分析

10.2 正极材料的理化性能指标测试

10.2.1 粒度测试

10.2.2 比表面积测试

10.2.3 振实密度测试

10.2.4 XRD测试

10.2.5 扫描电镜测试

10.2.6 透射电镜测试

10.2.7 X射线光电子能谱测试

10.2.8 元素分布测试

10.2.9 X射线吸收谱测试

10.3 正极材料的电化学性能指标分析

10.3.1 容量测试

10.3.2 电压测试

10.3.3 循环测试

10.3.4 储存性能测试

10.3.5 倍率测试

参考文献

第11章 锂离子电池正极材料展望

11.1 动力锂离子电池正极材料技术路线之争

11.2 正极材料发展的展望

11.2.1 高电压钴酸锂

11.2.2 高镍正极材料

11.2.3 高电压磷酸盐材料

11.2.4 高温型锰酸锂材料

11.3 未来正极材料的发展方向

11.3.1 多锂化合物正极材料

11.3.2 利用氧离子的氧化还原

11.3.3 锂硫电池

11.3.4 锂空气电池

11.4 工业4.0在锂离子电池材料中的应用与发展趋势

11.4.1 工业4.0简介

11.4.2 工业4.0在锂离子电池材料中的应用现状与发展趋势

11.4.3 锂离子电池材料制造工业4.0未来发展路线图

参考文献