內容簡介
鋰離子電池原理與技術
書中介紹了鋰元素的物理化學性質；鋰離子電池的基本概念與組裝技術；正極材料的微觀組成與電化學性能；負極材料、電解液、電極材料的研究方法以及鋰離子電池的應用與展望。本書彙集了國內外研究者的最新科技成果與相關技術，體現了鋰離子電池當今發展和研究的趨勢，是化學、物理、材料等學科的基礎理論研究與應用技術的前沿集成反映。
本書適合於高等學校、科研院所、相關企業從事化學電源研發的科研人員、管理工作者和生產技術人員等，同時可作為相關專業的師生學習參考用書。
目錄
第1章 鋰元素的物理、化學性質1
參考文獻5
第2章 鋰離子電池的基本概念與組裝技術6
2杄1鋰離子電池的工作原理和特點6
2杄1杄1工作原理6
2杄1杄2鋰離子電池的主要特點8
2杄2鋰離子電池的電化學性能10
2杄2杄1鋰離子電池的電動勢10
2杄2杄2電池開路電壓11
2杄3鋰離子電池的類型12
2杄4鋰離子電池的設計15
2杄4杄1電池設計的一般程式16
2杄4杄2電池設計的要求16
2杄4杄3電池性能設計17
2杄4杄4AA型鋰離子電池的結構設計19
2杄4杄5電池保護電路設計19
2杄4杄6鋰離子電池監控器22
2杄4杄7鋰離子電池體系熱變化與控制23
2杄5鋰離子電池的基本組成及關鍵材料26
2杄5杄1電極材料26
2杄5杄2電池組裝工藝與技術50
參考文獻58
第3章 正極材料60
3杄1 正極材料的微觀結構60
3杄1杄1LiCoO2材料60
3杄1杄2LiNiO2材料61
3杄1杄3LiMn2O4材料63
3杄1杄4磷酸體系化合物65
3杄2正極材料的分類及電化學性能65
3杄2杄1層狀鋰鈷氧化物66
3杄2杄2層狀鋰鎳氧化物67
3杄2杄3尖晶石型氧化物69
3杄2杄4複合層狀氧化物75
3杄2杄5其他層狀氧化物89
3杄2杄6層狀二硫族化物正極材料90
3杄2杄7三硫族化物及相關材料94
3杄2杄8磷酸鹽體系94
3杄2杄9有機導電聚合物材料101
3杄3正極材料的製備方法103
3杄3杄1溶劑熱法合成103
3杄3杄2高溫反應法110
3杄3杄3溶膠拟凝膠法113
3杄3杄4低溫固相反應法117
3杄3杄5電化學合成法119
3杄3杄6機械化學活化法122
參考文獻124
第4章 負極材料130
4杄1負極材料的發展130
4杄1杄1金屬鋰及其合金130
4杄1杄2碳材料132
4杄1杄3氧化物負極材料133
4杄1杄4其他負極材料134
4杄1杄5複合負極材料134
4杄2負極材料的特點及分類135
4杄2杄1負極材料的特點135
4杄2杄2負極材料的分類135
4杄3晶體材料和非晶化合物136
4杄3杄1石墨類碳材料137
4杄3杄2無定形碳材料156
4杄3杄3碳材料性能的改進方法163
4杄3杄4錫基材料170
4杄3杄5矽基材料174
4杄3杄6合金材料178
4杄3杄7複合物材料183
4杄3杄8過渡金屬氧化物185
4杄3杄9其他186
4杄4納米電極材料187
4杄4杄1碳納米材料188
4杄4杄2納米金屬及納米合金192
4杄4杄3納米氧化物193
4杄5其他類型材料194
4杄5杄1鋰金屬氮化物194
4杄5杄2鋰鈦複合氧化物Li4/3Ti5/3O4196
4杄6膜電極材料200
4杄6杄1薄膜電極材料的製備方法201
4杄6杄2薄膜電極材料的分類203
參考文獻206
第5章 電解質212
5杄1液體電解質212
5杄2電解質鋰鹽215
5杄2杄1C中心原子的鋰鹽216
5杄2杄2N中心原子的鋰鹽216
5杄2杄3B中心原子的鋰鹽216
5杄2杄4Al中心原子的鋰鹽217
5杄2杄5離子液體／室溫熔融鹽電解質218
5杄2杄6電解質的熱穩定性223
5杄2杄7電解質分解224
5杄2杄8固體電解質介面(SEI)膜232
5杄2杄9電解液對正、負電極集流體的表面腐蝕234
5杄2杄10電解液對正、負電極材料的表面腐蝕237
5杄2杄11功能添加劑240
5杄2杄12隔膜251
5杄3無機固體電解質251
5杄3杄1固體電解質252
5杄3杄2LiX材料253
5杄3杄3Li3N及其同系物255
5杄3杄4含氧酸鹽255
5杄3杄5薄膜固體電解質257
5杄4聚合物電解質259
5杄4杄1純固態聚合物電解質263
5杄4杄2凝膠型聚合物電解質266
5杄4杄3增塑劑在凝膠型聚合物中的作用268
5杄4杄4聚合物電解質276
5杄4杄5納米陶瓷複合聚合物電解質279
5杄4杄6結晶性聚合物電解質中的離子傳導284
5杄4杄7電化學與介面穩定性288
參考文獻288
第6章 電極材料研究方法297
6杄1研究方法簡介297
6杄1杄1X射線及其基本性質297
6杄1杄2紅外光譜研究302
6杄1杄3拉曼(Raman)光譜研究304
6杄1杄4鋰離子擴散305
6杄1杄5電化學阻抗技術308
6杄1杄6熱力學函數與電池電動勢308
6杄2電極材料的微觀結構研究309
6杄2杄1化學計量尖晶石Li1+δMn2-δO4(0?δ?0杄33)310
6杄2杄2層狀結構Li拟Mn拟O313
6杄3離子分散式314
6杄3杄1LiCrxMn2-xO4-yAy離子分散式及容量計算314
6杄3杄2Mn3O4離子分散式與晶格常數計算316
6杄4動力學、熱力學和相平衡研究316
6杄4杄1動力學316
6杄4杄2熱力學320
6杄4杄3電極電位與電極反應322
6杄4杄4三元Li拟M拟O體系的熱力學325
6杄4杄5Li拟M拟X拟O四元系統的熱力學326
6杄5交流阻抗譜法在材料中的研究329
6杄5杄1負極材料的研究329
6杄5杄2正極材料的研究331
6杄6鋰離子嵌脫的交流阻抗模型333
6杄7高溫電化學研究方法335
6杄7杄1尖晶石LiMn2O4高溫研究335
6杄7杄2改進方法337
參考文獻338
第7章 鋰離子電池的應用與展望340
7杄1電子產品方面的應用341
7杄2交通工具方面的應用342
7杄2杄1電動自行車342
7杄2杄2電動汽車344
7杄3在國防軍事方面的應用351
7杄4在航空航太方面的應用355
7杄4杄1在航空領域中的應用355
7杄4杄2在航太領域的應用356
7杄5在儲能方面的應用357
7杄6在其他方面的應用359
7杄6杄1電動工具359
7杄6杄2礦產和石油開採359
7杄6杄3醫學和微型機電系統360
7杄7展望360
參考文獻360
書中介紹了鋰元素的物理化學性質；鋰離子電池的基本概念與組裝技術；正極材料的微觀組成與電化學性能；負極材料、電解液、電極材料的研究方法以及鋰離子電池的應用與展望。本書彙集了國內外研究者的最新科技成果與相關技術，體現了鋰離子電池當今發展和研究的趨勢，是化學、物理、材料等學科的基礎理論研究與應用技術的前沿集成反映。
本書適合於高等學校、科研院所、相關企業從事化學電源研發的科研人員、管理工作者和生產技術人員等，同時可作為相關專業的師生學習參考用書。
目錄
第1章 鋰元素的物理、化學性質1
參考文獻5
第2章 鋰離子電池的基本概念與組裝技術6
2杄1鋰離子電池的工作原理和特點6
2杄1杄1工作原理6
2杄1杄2鋰離子電池的主要特點8
2杄2鋰離子電池的電化學性能10
2杄2杄1鋰離子電池的電動勢10
2杄2杄2電池開路電壓11
2杄3鋰離子電池的類型12
2杄4鋰離子電池的設計15
2杄4杄1電池設計的一般程式16
2杄4杄2電池設計的要求16
2杄4杄3電池性能設計17
2杄4杄4AA型鋰離子電池的結構設計19
2杄4杄5電池保護電路設計19
2杄4杄6鋰離子電池監控器22
2杄4杄7鋰離子電池體系熱變化與控制23
2杄5鋰離子電池的基本組成及關鍵材料26
2杄5杄1電極材料26
2杄5杄2電池組裝工藝與技術50
參考文獻58
第3章 正極材料60
3杄1 正極材料的微觀結構60
3杄1杄1LiCoO2材料60
3杄1杄2LiNiO2材料61
3杄1杄3LiMn2O4材料63
3杄1杄4磷酸體系化合物65
3杄2正極材料的分類及電化學性能65
3杄2杄1層狀鋰鈷氧化物66
3杄2杄2層狀鋰鎳氧化物67
3杄2杄3尖晶石型氧化物69
3杄2杄4複合層狀氧化物75
3杄2杄5其他層狀氧化物89
3杄2杄6層狀二硫族化物正極材料90
3杄2杄7三硫族化物及相關材料94
3杄2杄8磷酸鹽體系94
3杄2杄9有機導電聚合物材料101
3杄3正極材料的製備方法103
3杄3杄1溶劑熱法合成103
3杄3杄2高溫反應法110
3杄3杄3溶膠拟凝膠法113
3杄3杄4低溫固相反應法117
3杄3杄5電化學合成法119
3杄3杄6機械化學活化法122
參考文獻124
第4章 負極材料130
4杄1負極材料的發展130
4杄1杄1金屬鋰及其合金130
4杄1杄2碳材料132
4杄1杄3氧化物負極材料133
4杄1杄4其他負極材料134
4杄1杄5複合負極材料134
4杄2負極材料的特點及分類135
4杄2杄1負極材料的特點135
4杄2杄2負極材料的分類135
4杄3晶體材料和非晶化合物136
4杄3杄1石墨類碳材料137
4杄3杄2無定形碳材料156
4杄3杄3碳材料性能的改進方法163
4杄3杄4錫基材料170
4杄3杄5矽基材料174
4杄3杄6合金材料178
4杄3杄7複合物材料183
4杄3杄8過渡金屬氧化物185
4杄3杄9其他186
4杄4納米電極材料187
4杄4杄1碳納米材料188
4杄4杄2納米金屬及納米合金192
4杄4杄3納米氧化物193
4杄5其他類型材料194
4杄5杄1鋰金屬氮化物194
4杄5杄2鋰鈦複合氧化物Li4/3Ti5/3O4196
4杄6膜電極材料200
4杄6杄1薄膜電極材料的製備方法201
4杄6杄2薄膜電極材料的分類203
參考文獻206
第5章 電解質212
5杄1液體電解質212
5杄2電解質鋰鹽215
5杄2杄1C中心原子的鋰鹽216
5杄2杄2N中心原子的鋰鹽216
5杄2杄3B中心原子的鋰鹽216
5杄2杄4Al中心原子的鋰鹽217
5杄2杄5離子液體／室溫熔融鹽電解質218
5杄2杄6電解質的熱穩定性223
5杄2杄7電解質分解224
5杄2杄8固體電解質介面(SEI)膜232
5杄2杄9電解液對正、負電極集流體的表面腐蝕234
5杄2杄10電解液對正、負電極材料的表面腐蝕237
5杄2杄11功能添加劑240
5杄2杄12隔膜251
5杄3無機固體電解質251
5杄3杄1固體電解質252
5杄3杄2LiX材料253
5杄3杄3Li3N及其同系物255
5杄3杄4含氧酸鹽255
5杄3杄5薄膜固體電解質257
5杄4聚合物電解質259
5杄4杄1純固態聚合物電解質263
5杄4杄2凝膠型聚合物電解質266
5杄4杄3增塑劑在凝膠型聚合物中的作用268
5杄4杄4聚合物電解質276
5杄4杄5納米陶瓷複合聚合物電解質279
5杄4杄6結晶性聚合物電解質中的離子傳導284
5杄4杄7電化學與介面穩定性288
參考文獻288
第6章 電極材料研究方法297
6杄1研究方法簡介297
6杄1杄1X射線及其基本性質297
6杄1杄2紅外光譜研究302
6杄1杄3拉曼(Raman)光譜研究304
6杄1杄4鋰離子擴散305
6杄1杄5電化學阻抗技術308
6杄1杄6熱力學函數與電池電動勢308
6杄2電極材料的微觀結構研究309
6杄2杄1化學計量尖晶石Li1+δMn2-δO4(0?δ?0杄33)310
6杄2杄2層狀結構Li拟Mn拟O313
6杄3離子分散式314
6杄3杄1LiCrxMn2-xO4-yAy離子分散式及容量計算314
6杄3杄2Mn3O4離子分散式與晶格常數計算316
6杄4動力學、熱力學和相平衡研究316
6杄4杄1動力學316
6杄4杄2熱力學320
6杄4杄3電極電位與電極反應322
6杄4杄4三元Li拟M拟O體系的熱力學325
6杄4杄5Li拟M拟X拟O四元系統的熱力學326
6杄5交流阻抗譜法在材料中的研究329
6杄5杄1負極材料的研究329
6杄5杄2正極材料的研究331
6杄6鋰離子嵌脫的交流阻抗模型333
6杄7高溫電化學研究方法335
6杄7杄1尖晶石LiMn2O4高溫研究335
6杄7杄2改進方法337
參考文獻338
第7章 鋰離子電池的應用與展望340
7杄1電子產品方面的應用341
7杄2交通工具方面的應用342
7杄2杄1電動自行車342
7杄2杄2電動汽車344
7杄3在國防軍事方面的應用351
7杄4在航空航太方面的應用355
7杄4杄1在航空領域中的應用355
7杄4杄2在航太領域的應用356
7杄5在儲能方面的應用357
7杄6在其他方面的應用359
7杄6杄1電動工具359
7杄6杄2礦產和石油開採359
7杄6杄3醫學和微型機電系統360
7杄7展望360
參考文獻360
作者簡介
馬振基
現任：
國立清華大學化工系講座教授
學歷：
國立成功大學化工學士(1969)
美國北卡羅萊納州立大學化工碩士(1975)
美國北卡羅萊納州立大學化工博士(1978)
經歷：
美國孟山都公司(Monsanto Co.)資深工程師(1977~1979)
美國洛式公司(Lord Corp.)資深研究員(1979~1980)
美國飛利浦石油公司(Philips Petroleum Co.)高級材料工程師(1980~1984)
國科會及國立清華大學化工所客座專家(1984~1986)
經濟部科技顧問室及技術處顧問(1990~1998)
國科會工程中心專利研究員(1991~2006)
國科會科技權益委員會委員(1995~2006)
國立清華大學研發處副研發長(2000~2002)
教育部科技顧問室顧問及領域招集人(2001~2006)
財團法人自強工業科學基金會執行長(2003~2006)
獲獎紀錄：
1992年 榮獲「第一屆國家傑出發明獎」
1993年 榮獲「行政院傑出應用與人才科技獎」
1994年 獲頒國防科技研究獎
1995年 獲頒全國工業減廢個人獎
1996年 獲頒國科會傑出研究獎
1997年 獲頒教育部產學合作獎
1999年 列為Who’s Who in the World(16th edition) Marquis, U.S.A.
2004年
2005年 獲總統頒「教育百人團」獎
2006年 獲中國工程師學會「傑出工程教授獎」
2006年 獲「經濟部奈米科技菁英獎」
2006年 獲「清華大學清華講座特聘教授」
2008年 榮獲經濟部第二屆「大學產業貢獻獎－產業深耕獎」
2008年 榮獲「東元科技獎」
2008年 榮獲清華大學第三屆「傑出產學合作獎」
2009年 獲「中華民國高分子學會傑出高分子應用研究獎」
2009年 榮獲第五十三屆「教育部學術獎
2009年 獲聘國立清華大學「清華講座教授」
專利：
獲中、美、英、日、德、澳、加等國發明專利80餘件
著作：
國際期刊論文200餘篇、國際會議論文120餘篇
現任：
國立清華大學化工系講座教授
學歷：
國立成功大學化工學士(1969)
美國北卡羅萊納州立大學化工碩士(1975)
美國北卡羅萊納州立大學化工博士(1978)
經歷：
美國孟山都公司(Monsanto Co.)資深工程師(1977~1979)
美國洛式公司(Lord Corp.)資深研究員(1979~1980)
美國飛利浦石油公司(Philips Petroleum Co.)高級材料工程師(1980~1984)
國科會及國立清華大學化工所客座專家(1984~1986)
經濟部科技顧問室及技術處顧問(1990~1998)
國科會工程中心專利研究員(1991~2006)
國科會科技權益委員會委員(1995~2006)
國立清華大學研發處副研發長(2000~2002)
教育部科技顧問室顧問及領域招集人(2001~2006)
財團法人自強工業科學基金會執行長(2003~2006)
獲獎紀錄：
1992年 榮獲「第一屆國家傑出發明獎」
1993年 榮獲「行政院傑出應用與人才科技獎」
1994年 獲頒國防科技研究獎
1995年 獲頒全國工業減廢個人獎
1996年 獲頒國科會傑出研究獎
1997年 獲頒教育部產學合作獎
1999年 列為Who’s Who in the World(16th edition) Marquis, U.S.A.
2004年
2005年 獲總統頒「教育百人團」獎
2006年 獲中國工程師學會「傑出工程教授獎」
2006年 獲「經濟部奈米科技菁英獎」
2006年 獲「清華大學清華講座特聘教授」
2008年 榮獲經濟部第二屆「大學產業貢獻獎－產業深耕獎」
2008年 榮獲「東元科技獎」
2008年 榮獲清華大學第三屆「傑出產學合作獎」
2009年 獲「中華民國高分子學會傑出高分子應用研究獎」
2009年 榮獲第五十三屆「教育部學術獎
2009年 獲聘國立清華大學「清華講座教授」
專利：
獲中、美、英、日、德、澳、加等國發明專利80餘件
著作：
國際期刊論文200餘篇、國際會議論文120餘篇
ISBN: 9789571159683