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本書共有25章，涵蓋了從材料到應(yīng)用，再到回收等鋰離子電池相關(guān)的全部內(nèi)容。書中詳細(xì)介紹了鋰離子電池正負(fù)極材料、電解液以及功能添加劑、隔膜等相關(guān)組件的研究背景，以及近些年來的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)。并重點(diǎn)評(píng)述了將鋰離子電池應(yīng)用于消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車以及大型固定應(yīng)用中時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)不同的性能以及電子選項(xiàng)要求。本書還從原理上詳細(xì)分析了鋰離子電池的安全性以及回收等問題，并對(duì)鋰離子電池未來可用性以及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了評(píng)估和說明。
本書可作為鋰離子電池相關(guān)企業(yè)以及高校、科研院所相關(guān)科研人員的參考書籍，亦可作為新能源相關(guān)專業(yè)、材料相關(guān)專業(yè)等本科生以及研究生的教材。

鋰離子電池的研究始于20世紀(jì)80年代，商業(yè)化的鋰離子電池出現(xiàn)于1991年。早的鋰離子電池大部分技術(shù)發(fā)展側(cè)重于便攜電子設(shè)備，之后制備出的電池性能便傾向于滿足大中型設(shè)備，如電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)(第1章)。的確，正是由于新型電極材料如鈦酸鋰的使用，才使得鋰離子電池可以滿足上述提及應(yīng)用中所需要的大倍率(到6C)充放電的要求(第3章)。納米結(jié)構(gòu)使得鈦酸鹽以及磷酸鐵鋰等廉價(jià)但電導(dǎo)率較低的材料得以運(yùn)用在鋰離子電池體系中，并得到商業(yè)化。同時(shí)，納米結(jié)構(gòu)也擴(kuò)展到了碳以及碳基納米復(fù)合物材料的研究上(第4章)。
當(dāng)然，鋰離子電池更多的商業(yè)化應(yīng)用不僅取決于它們的性能，也同樣受到價(jià)格的影響。第6章主要介紹了鋰離子電池生產(chǎn)過程價(jià)格產(chǎn)生的來源，降低它們的途徑以及未來鋰離子電池會(huì)降低到何種程度，并提出了一個(gè)可以直接統(tǒng)計(jì)電池生產(chǎn)成本的模型，采用該模型可以模擬出電池關(guān)鍵部分的價(jià)格細(xì)節(jié)，為電動(dòng)汽車選用電池時(shí)提供一個(gè)特別的參考。
雖然受到價(jià)格以及使用范圍等因素的影響，汽車電動(dòng)化的過程卻從未間斷。第7章介紹了驅(qū)使汽車電動(dòng)化的相關(guān)管理以及市場(chǎng)趨勢(shì)，并涉及混合動(dòng)力以及電動(dòng)汽車用鋰離子電池設(shè)計(jì)上的考慮因素，同時(shí)也分析了鋰離子電池的測(cè)試要求及其工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀。Voltec汽車如雪佛蘭·沃蘭達(dá)，歐寶·安培拉(第8章)具有續(xù)航里程長的特點(diǎn)：它們?cè)谲囕v負(fù)載電池能量充足時(shí)可作為電動(dòng)汽車使用，一旦電池能量耗盡，內(nèi)燃機(jī)便充當(dāng)能量轉(zhuǎn)換器驅(qū)使汽車?yán)^續(xù)前行。
第9章介紹了先進(jìn)的鋰離子電池在不同的公共汽車中應(yīng)用的概況，主要討論了電池安全性、價(jià)格、可靠性、實(shí)用性以及相關(guān)維護(hù)問題。本章也提及了鋰離子電池在公共汽車中大規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及面臨的挑戰(zhàn)，并陳述了未來鋰離子電池性能方面的改進(jìn)、預(yù)測(cè)，以及在電池與汽車整合應(yīng)用時(shí)遺留的挑戰(zhàn)。而在第10章中，幾乎總結(jié)了目前市面上所有的或即將商業(yè)化的混合動(dòng)力以及純電動(dòng)汽車的性能特點(diǎn)，在汽車分類上，主要考慮了其動(dòng)力系統(tǒng)電動(dòng)化的程度。
基于太陽能、風(fēng)能等可再生能源需要在不同的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，從幾秒到幾個(gè)月不等。如第13章所述，鋰離子電池技術(shù)特別適合應(yīng)用在這項(xiàng)領(lǐng)域，并可以作為分散光伏電池系統(tǒng)解決辦法，本章也展示了相關(guān)的模擬研究結(jié)果。
從21世紀(jì)初期開始，大型的鋰離子電池也開始應(yīng)用于地球衛(wèi)星中(第14章)，鋰離子電池使火箭和衛(wèi)星在質(zhì)量和使用壽命上都頗為受益。
大中型鋰離子電池需要的電池管理系統(tǒng)(BMS)的相關(guān)內(nèi)容也在第15章中有所體現(xiàn)，在該章中，對(duì)比了不同BMS的結(jié)構(gòu)以及它們針對(duì)不同電池系統(tǒng)型號(hào)所體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)鋰離子電池被組裝進(jìn)電池組時(shí)，可以設(shè)置電子選項(xiàng)，這一點(diǎn)將在第16章進(jìn)行討論。測(cè)試、監(jiān)控、計(jì)算、通信和控制等功能不僅可以應(yīng)用于智能手機(jī)所用的單體電池，也適用于千瓦時(shí)級(jí)的大型電池堆。針對(duì)攝像機(jī)和手機(jī)，一些用于監(jiān)控和控制功能的簡單的、安全可靠的組件被首次開發(fā)出來。而在筆記本電腦和手提電腦中，則可以安裝一些更為先進(jìn)的耗能裝置，這些裝置具有測(cè)量、通信以及計(jì)算等功能。近，適用于電動(dòng)工具和電動(dòng)自行車的大電流裝備也越來越普遍。而適用于電動(dòng)汽車以及混合動(dòng)力汽車的高電壓系統(tǒng)的組件也被開發(fā)出來。
本書也特別關(guān)注電池安全問題。商業(yè)化的鋰離子電池通常應(yīng)用于動(dòng)力便攜設(shè)備，但是它們也能夠組裝成大型電池組應(yīng)用于地面上的(電動(dòng)汽車)，空中的甚至水下的設(shè)備上。第17章提供了有關(guān)商業(yè)化的鋰離子電池安全性的測(cè)試數(shù)據(jù)，并提出了一些當(dāng)電池應(yīng)用于大型電池結(jié)構(gòu)中時(shí)，有關(guān)安全設(shè)計(jì)上的建議。第18章主要從電池單體以及系統(tǒng)層面關(guān)注鋰離子電池安全問題，并用實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)解釋了電池在濫用條件下的耐受測(cè)試。此外，鋰離子電池發(fā)生的內(nèi)部短路問題以及鋰沉積問題及其對(duì)應(yīng)的電池失效機(jī)理也在本章進(jìn)行了討論。第19章中展示了目前電池組件的安全水平，也列出了一些尚未商業(yè)化電池的測(cè)試結(jié)果，這些電池在沒有BMS輔助的條件下通過了所有的安全測(cè)試。
本書同樣提到了鋰離子電池對(duì)環(huán)境的影響以及它們的回收問題。第21章主要針對(duì)動(dòng)力鋰離子電池生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響，并討論了如何通過回收來減弱這一影響。對(duì)回收的材料(正極、鋁、銅)進(jìn)行重新使用可以大大減少能量損耗的生命周期，高可達(dá)50%。是否存在足夠的鋰資源以供鋰離子電池生產(chǎn)使用以及電池回收能增加未來鋰儲(chǔ)量幾成等這些問題，都在第22章有所討論。一份研究鋰儲(chǔ)量與需求的報(bào)告顯示：即使從能源政策的角度預(yù)測(cè)，近些年來也并不存在鋰缺乏的問題。但是一旦過了2050年，這種情況就會(huì)改變。屆時(shí)一些局勢(shì)穩(wěn)定國家的容易開采的鋰儲(chǔ)量將會(huì)大幅下降。
在第23章中，將會(huì)展示電池組件的價(jià)格，也會(huì)討論回收所涉及的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及管理方面的問題。此外，歐洲以及美國的幾大回收企業(yè)所針對(duì)鋰離子電池回收采用的技術(shù)也會(huì)在這一章討論到。
隨著應(yīng)用在汽車上的大型鋰離子電池價(jià)格從2015年的大約250美元或者更高在十年內(nèi)進(jìn)一步降低到180～200美元內(nèi)，在容量更高的電池材料且電池生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的驅(qū)動(dòng)下，電池生產(chǎn)商以及材料加工商的利潤也能實(shí)現(xiàn)有限的增長。更高利潤的壓力、對(duì)產(chǎn)品研發(fā)的需求和生產(chǎn)過程的創(chuàng)新，會(huì)使得鋰離子電池工業(yè)在未來迎來大規(guī)模的整合(第24章)。

Gianfranco Pistoia
于意大利羅馬
Gianfranco.pistoia0@alice.it

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