锂电池基础科学电子书

内容简介

《锂电池基础科学》编写人员

前言

第1章 化学储能电池理论能量密度的估算

1.1 能量密度的计算公式

1.2 不同电池能量密度的比较

1.3 采用不同负极的锂离子电池能量密度

1.4 电池的实际能量密度

1.5 电池与电极材料的电压

1.6 电极材料的理论容量

1.7 本章结语

参考文献

第2章 电池材料缺陷化学

2.1 锂离子电池材料中常见的缺陷形态

2.2 缺陷产生的基础

2.3 电极材料中的缺陷

2.3.1 TiO2中嵌锂过程

2.3.2 FePO4/LiFePO4电极

2.4 本章结语

参考文献

第3章 相、相变与相图

3.1 相

3.2 相变

3.2.1 相变的热力学描述

3.2.2 合成制备中的相变研究

3.2.3 电解质中的相变

3.2.4 电极材料脱嵌锂过程中的相变

3.3 相图

3.3.1 相图与相律

3.3.2 典型材料的相图

3.4 相图的计算

3.4.1 CALPHAD

3.4.2 第一性原理计算

3.4.3 相图的高通量计算

3.5 相、相变与相图的实验研究方法

3.6 本章结语

参考文献

第4章 电池界面问题

4.1 锂离子电池界面问题

4.2 SEI膜结构及生长机理

4.3 SEI膜表征手段

4.3.1 SEI膜形貌

4.3.2 SEI膜的组成分析

4.3.3 SEI膜热电化学稳定性

4.3.4 SEI膜力学特性及覆盖度分析

4.3.5 锂离子在SEI膜中的输运

4.3.6 SEI膜的动态生长过程

4.4 界面改性

4.5 本章结语

参考文献

第5章 离子在固体中的输运

5.1 离子输运的相关参数

5.2 离子在晶格内的输运机制

5.3 离子在晶界处的输运机制

5.4 无序态与电导率

5.5 锂离子在电极材料中的输运

5.5.1 锂离子在正极材料中的输运

5.5.2 锂离子在负极材料中的输运

5.6 锂离子在固体电解质中的输运

5.7 离子在电极/固体电解质界面

5.7.1 固体电解质/负极与混合输运

5.7.2 固体电解质/正极与空间电荷层

5.8 影响离子输运的因素

5.9 实验表征方法

5.9.1 晶体结构与锂原子占位

5.9.2 锂扩散通道

5.9.3 电导率和扩散系数

5.9.4 全频电导分析［2，187］

5.10 本章结语

参考文献

第6章 锂离子电池正极材料

6.1 正极材料概述

6.2 典型的锂离子电池正极材料

6.2.1 六方层状结构LiCoO2正极材料

6.2.2 立方尖晶石结构LiMn2O4正极材料

6.2.3 正交橄榄石结构LiFePO4材料

6.3 其他正极材料

6.3.1 层状结构正极材料

6.3.2 高电压尖晶石结构正极材料

6.3.3 聚阴离子类正极材料

6.3.4 基于相转变反应的正极材料

6.3.5 有机正极材料

6.4 本章结语

参考文献

第7章 负极材料

7.1 典型的锂离子电池负极材料

7.1.1 层状石墨类负极材料

7.1.2 立方尖晶石结构Li4Ti5O12负极材料

7.2 小批量应用的负极材料

7.2.1 硬碳负极材料

7.2.2 软碳负极材料

7.2.3 高容量硅负极材料

7.2.4 SnMC合金负极材料

7.3 其他负极材料

7.3.1 其他合金类负极材料

7.3.2 LiVO2层状负极材料

7.3.3 过渡金属氧化物负极材料

7.4 负极材料的基础科学问题小结

7.5 本章结语

参考文献

第8章 非水液体电解质材料

8.1 液态电解质的性质

8.1.1 离子电导率

8.1.2 离子迁移数

8.1.3 电化学窗口

8.1.4 黏度

8.2 液态电解质在锂离子电池中的反应

8.2.1 负极表面形成SEI膜的反应

8.2.2 与正极之间的反应

8.2.3 过充反应

8.2.4 受热反应

8.3 溶剂、锂盐和添加剂

8.3.1 溶剂

8.3.2 锂盐

8.3.3 添加剂

8.4 离子液体电解质

8.5 凝胶聚合物电解质

8.5.1 聚丙烯腈

8.5.2 聚氧化乙烯

8.5.3 聚甲基丙烯酸甲酯

8.5.4 聚偏氟乙烯

8.6 本章结语

参考文献

第9章 全固态锂离子电池

9.1 全固态锂离子电池概述

9.2 固体电解质材料

9.2.1 无机固体电解质

9.2.2 聚合物固体电解质

9.2.3 聚合物复合电解质

9.3 高通量计算在固体电解质材料筛选中的应用

9.4 全固态锂电池的界面问题

9.4.1 固态电解质/正极界面

9.4.2 固态电解质/金属锂负极界面

9.5 全固态锂电池性能参数

9.6 本章结语

参考文献

第10章 锂空气电池与锂硫电池

10.1 锂空气电池

10.1.1 锂空气电池基本工作原理

10.1.2 锂空气电池组成

10.1.3 锂空气电池中的科学问题

10.1.4 其他锂空气电池体系

10.2 锂硫电池

10.2.1 锂硫电池基本工作原理

10.2.2 锂硫电池存在的基本问题

10.3 本章结语

参考文献

第11章 表征方法

11.1 元素成分及价态

11.1.1 电感耦合等离子体

11.1.2 二次离子质谱

11.1.3 X射线光电子能谱

11.1.4 电子能量损失谱

11.1.5 扫描透射X射线显微术

11.1.6 X射线近边结构谱

11.1.7 杂质测量

11.1.8 俄歇电子能谱仪

11.2 形貌表征

11.3 材料晶体结构表征

11.3.1 X射线衍射

11.3.2 扩展X射线吸收精细谱

11.3.3 中子衍射

11.3.4 核磁共振

11.3.5 球差校正扫描透射电镜

11.3.6 Raman光谱研究晶体结构

11.4 物质官能团的表征

11.4.1 拉曼散射光谱

11.4.2 红外光谱

11.4.3 色谱技术

11.5 材料离子输运的观察

11.6 材料微观力学性质

11.7 材料表面功函数

11.8 绝热加速量热仪在锂电领域中的应用

11.9 互联互通惰性气氛电池综合分析平台

11.10 其他实验技术

11.11 本章结语

参考文献

第12章 电化学测量方法

12.1 电化学测量概述［1］

12.1.1 测量的基本内容

12.1.2 测量电池的分类及特点

12.1.3 参比电极的特性及分类

12.1.4 研究电极的分类及特性

12.1.5 电极过程

12.1.6 极化的类型及影响因素

12.2 测量方法

12.2.1 稳态测量

12.2.2 暂态测量

12.3 典型的测量方法及其在锂电池中的应用

12.3.1 锂离子电池电极过程动力学及其测量方法

12.3.2 稳态测量技术——线性电势扫描伏安法

12.3.3 准稳态测量技术——交流阻抗谱

12.3.4 暂态测量方法（Ⅰ）——电流阶跃测量

12.3.5 暂态测量方法（Ⅱ）——电势阶跃测量

12.3.6 暂态测量方法（Ⅲ）——电位弛豫技术

12.3.7 不同电化学测量法的适用范围与精准性

12.3.8 影响电极过程动力学信息测量准确性的基本因素

12.4 本章结语

参考文献

第13章 锂二次电池材料的计算研究

13.1 原子尺度的模拟

13.1.1 基于密度泛函理论的第一性原理计算

13.1.2 分子动力学

13.1.3 蒙特卡罗方法

13.2 介观尺度的模拟

13.2.1 相场模型

13.2.2 分子力学

13.3 宏观尺度的模拟

13.3.1 有限元方法介绍

13.3.2 有限元方法在锂电池研究中的应用

13.4 本章结语

参考文献

第14章 总结和展望

14.1 锂离子电池中涉及的学科领域

14.2 锂离子电池中基础科学问题讨论

14.2.1 固态电化学

14.2.2 复杂的构效关系

14.3 锂离子电池共性基础科学问题研究难点

14.3.1 SEI膜

14.3.2 结构演化

14.3.3 多尺度复杂体系输运

14.3.4 材料表面反应

14.3.5 高倍率问题

14.3.6 正负极材料的电压调控

14.3.7 电荷有序

14.3.8 离子在固体输运中的驱动力

14.3.9 寿命预测与失效分析

14.3.10 材料的可控制备

14.4 锂离子电池基础研究发展趋势讨论

14.4.1 创新驱动

14.4.2 指标驱动

14.4.3 方法驱动

14.4.4 需求驱动

14.5 本章结语

参考文献